DE102010061485A1 - Electrodes for lithium batteries - Google Patents
Electrodes for lithium batteries Download PDFInfo
- Publication number
- DE102010061485A1 DE102010061485A1 DE102010061485A DE102010061485A DE102010061485A1 DE 102010061485 A1 DE102010061485 A1 DE 102010061485A1 DE 102010061485 A DE102010061485 A DE 102010061485A DE 102010061485 A DE102010061485 A DE 102010061485A DE 102010061485 A1 DE102010061485 A1 DE 102010061485A1
- Authority
- DE
- Germany
- Prior art keywords
- cellulose
- cathode
- binder
- lithium
- anode
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Withdrawn
Links
- 229910052744 lithium Inorganic materials 0.000 title description 55
- WHXSMMKQMYFTQS-UHFFFAOYSA-N Lithium Chemical compound [Li] WHXSMMKQMYFTQS-UHFFFAOYSA-N 0.000 title description 51
- 229920002678 cellulose Polymers 0.000 claims abstract description 68
- 239000001913 cellulose Substances 0.000 claims abstract description 68
- 239000002608 ionic liquid Substances 0.000 claims abstract description 47
- 239000011230 binding agent Substances 0.000 claims abstract description 38
- 238000000034 method Methods 0.000 claims abstract description 28
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 claims abstract description 17
- 239000011884 anode binding agent Substances 0.000 claims abstract description 3
- 239000003013 cathode binding agent Substances 0.000 claims abstract description 3
- 239000000203 mixture Substances 0.000 claims description 39
- XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N water Substances O XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 28
- 239000006184 cosolvent Substances 0.000 claims description 7
- 239000000758 substrate Substances 0.000 claims description 5
- 239000011267 electrode slurry Substances 0.000 claims description 3
- 150000001298 alcohols Chemical class 0.000 claims description 2
- 238000002360 preparation method Methods 0.000 claims description 2
- 150000001242 acetic acid derivatives Chemical class 0.000 claims 1
- 229910052782 aluminium Inorganic materials 0.000 description 24
- 239000010936 titanium Substances 0.000 description 19
- OKTJSMMVPCPJKN-UHFFFAOYSA-N Carbon Chemical compound [C] OKTJSMMVPCPJKN-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 18
- 239000011888 foil Substances 0.000 description 18
- 229910052719 titanium Inorganic materials 0.000 description 18
- 229910052799 carbon Inorganic materials 0.000 description 17
- PXHVJJICTQNCMI-UHFFFAOYSA-N nickel Substances [Ni] PXHVJJICTQNCMI-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 16
- 229910052718 tin Inorganic materials 0.000 description 13
- 229910052725 zinc Inorganic materials 0.000 description 13
- 239000004020 conductor Substances 0.000 description 12
- 229910052749 magnesium Inorganic materials 0.000 description 12
- 239000000463 material Substances 0.000 description 12
- 229910052709 silver Inorganic materials 0.000 description 12
- -1 MoS 2 Chemical class 0.000 description 11
- 239000012071 phase Substances 0.000 description 11
- 239000002002 slurry Substances 0.000 description 11
- XAGFODPZIPBFFR-UHFFFAOYSA-N aluminium Chemical compound [Al] XAGFODPZIPBFFR-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 10
- 229910052797 bismuth Inorganic materials 0.000 description 10
- 229910052738 indium Inorganic materials 0.000 description 10
- 229910052710 silicon Inorganic materials 0.000 description 10
- HBBGRARXTFLTSG-UHFFFAOYSA-N Lithium ion Chemical compound [Li+] HBBGRARXTFLTSG-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 9
- 239000010405 anode material Substances 0.000 description 9
- 239000006182 cathode active material Substances 0.000 description 9
- 229910001416 lithium ion Inorganic materials 0.000 description 9
- 229910052759 nickel Inorganic materials 0.000 description 8
- 229910001220 stainless steel Inorganic materials 0.000 description 8
- 239000010935 stainless steel Substances 0.000 description 8
- 229920002134 Carboxymethyl cellulose Polymers 0.000 description 7
- KMTRUDSVKNLOMY-UHFFFAOYSA-N Ethylene carbonate Chemical compound O=C1OCCO1 KMTRUDSVKNLOMY-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 7
- 150000001875 compounds Chemical class 0.000 description 7
- 229910052751 metal Inorganic materials 0.000 description 7
- 239000002184 metal Substances 0.000 description 7
- 239000003960 organic solvent Substances 0.000 description 7
- OKKJLVBELUTLKV-UHFFFAOYSA-N Methanol Chemical compound OC OKKJLVBELUTLKV-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 6
- 239000001768 carboxy methyl cellulose Substances 0.000 description 6
- 235000010948 carboxy methyl cellulose Nutrition 0.000 description 6
- 239000008112 carboxymethyl-cellulose Substances 0.000 description 6
- 229910052802 copper Inorganic materials 0.000 description 6
- 239000010949 copper Substances 0.000 description 6
- 239000008151 electrolyte solution Substances 0.000 description 6
- 239000000243 solution Substances 0.000 description 6
- 239000000126 substance Substances 0.000 description 6
- RYGMFSIKBFXOCR-UHFFFAOYSA-N Copper Chemical compound [Cu] RYGMFSIKBFXOCR-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 5
- LFQSCWFLJHTTHZ-UHFFFAOYSA-N Ethanol Chemical compound CCO LFQSCWFLJHTTHZ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 5
- 229910018091 Li 2 S Inorganic materials 0.000 description 5
- 229910010707 LiFePO 4 Inorganic materials 0.000 description 5
- 239000007864 aqueous solution Substances 0.000 description 5
- 239000002131 composite material Substances 0.000 description 5
- IEJIGPNLZYLLBP-UHFFFAOYSA-N dimethyl carbonate Chemical compound COC(=O)OC IEJIGPNLZYLLBP-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 5
- 229910002804 graphite Inorganic materials 0.000 description 5
- 239000010439 graphite Substances 0.000 description 5
- 239000007787 solid Substances 0.000 description 5
- 239000002904 solvent Substances 0.000 description 5
- LRHPLDYGYMQRHN-UHFFFAOYSA-N N-Butanol Chemical class CCCCO LRHPLDYGYMQRHN-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 4
- SECXISVLQFMRJM-UHFFFAOYSA-N N-Methylpyrrolidone Chemical compound CN1CCCC1=O SECXISVLQFMRJM-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 4
- AMQJEAYHLZJPGS-UHFFFAOYSA-N N-Pentanol Chemical class CCCCCO AMQJEAYHLZJPGS-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 4
- 239000004698 Polyethylene Substances 0.000 description 4
- 239000004743 Polypropylene Substances 0.000 description 4
- NINIDFKCEFEMDL-UHFFFAOYSA-N Sulfur Chemical compound [S] NINIDFKCEFEMDL-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 4
- RTAQQCXQSZGOHL-UHFFFAOYSA-N Titanium Chemical compound [Ti] RTAQQCXQSZGOHL-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 4
- 210000004027 cell Anatomy 0.000 description 4
- 239000007788 liquid Substances 0.000 description 4
- 229910003002 lithium salt Inorganic materials 0.000 description 4
- 159000000002 lithium salts Chemical class 0.000 description 4
- 239000002952 polymeric resin Substances 0.000 description 4
- 229920002981 polyvinylidene fluoride Polymers 0.000 description 4
- 229920003002 synthetic resin Polymers 0.000 description 4
- 241000196324 Embryophyta Species 0.000 description 3
- 229910013870 LiPF 6 Inorganic materials 0.000 description 3
- 229920003171 Poly (ethylene oxide) Polymers 0.000 description 3
- 239000008346 aqueous phase Substances 0.000 description 3
- 239000003575 carbonaceous material Substances 0.000 description 3
- 229910052804 chromium Inorganic materials 0.000 description 3
- 239000011889 copper foil Substances 0.000 description 3
- 239000013078 crystal Substances 0.000 description 3
- 238000001704 evaporation Methods 0.000 description 3
- 238000001914 filtration Methods 0.000 description 3
- 229910052733 gallium Inorganic materials 0.000 description 3
- 229910052732 germanium Inorganic materials 0.000 description 3
- 239000003365 glass fiber Substances 0.000 description 3
- 229910052748 manganese Inorganic materials 0.000 description 3
- VNWKTOKETHGBQD-UHFFFAOYSA-N methane Chemical compound C VNWKTOKETHGBQD-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 3
- PYLWMHQQBFSUBP-UHFFFAOYSA-N monofluorobenzene Chemical compound FC1=CC=CC=C1 PYLWMHQQBFSUBP-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 3
- 229910052758 niobium Inorganic materials 0.000 description 3
- 229920003229 poly(methyl methacrylate) Polymers 0.000 description 3
- 229920002239 polyacrylonitrile Polymers 0.000 description 3
- 229920000573 polyethylene Polymers 0.000 description 3
- 239000004926 polymethyl methacrylate Substances 0.000 description 3
- 229920001155 polypropylene Polymers 0.000 description 3
- 239000004810 polytetrafluoroethylene Substances 0.000 description 3
- 229920001343 polytetrafluoroethylene Polymers 0.000 description 3
- 229920003048 styrene butadiene rubber Polymers 0.000 description 3
- 229910052717 sulfur Inorganic materials 0.000 description 3
- 239000011593 sulfur Substances 0.000 description 3
- 229910052715 tantalum Inorganic materials 0.000 description 3
- 229910052720 vanadium Inorganic materials 0.000 description 3
- 239000011701 zinc Substances 0.000 description 3
- DHKHKXVYLBGOIT-UHFFFAOYSA-N 1,1-Diethoxyethane Chemical compound CCOC(C)OCC DHKHKXVYLBGOIT-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- YEJRWHAVMIAJKC-UHFFFAOYSA-N 4-Butyrolactone Chemical compound O=C1CCCO1 YEJRWHAVMIAJKC-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- CURLTUGMZLYLDI-UHFFFAOYSA-N Carbon dioxide Chemical compound O=C=O CURLTUGMZLYLDI-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 229920000742 Cotton Polymers 0.000 description 2
- OIFBSDVPJOWBCH-UHFFFAOYSA-N Diethyl carbonate Chemical compound CCOC(=O)OCC OIFBSDVPJOWBCH-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 229910013733 LiCo Inorganic materials 0.000 description 2
- 229910012851 LiCoO 2 Inorganic materials 0.000 description 2
- 229910014689 LiMnO Inorganic materials 0.000 description 2
- 229910013290 LiNiO 2 Inorganic materials 0.000 description 2
- IOVCWXUNBOPUCH-UHFFFAOYSA-M Nitrite anion Chemical compound [O-]N=O IOVCWXUNBOPUCH-UHFFFAOYSA-M 0.000 description 2
- 239000004793 Polystyrene Substances 0.000 description 2
- VYPSYNLAJGMNEJ-UHFFFAOYSA-N Silicium dioxide Chemical compound O=[Si]=O VYPSYNLAJGMNEJ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 229910045601 alloy Inorganic materials 0.000 description 2
- 239000000956 alloy Substances 0.000 description 2
- 239000006183 anode active material Substances 0.000 description 2
- 150000004649 carbonic acid derivatives Chemical class 0.000 description 2
- 125000003178 carboxy group Chemical group [H]OC(*)=O 0.000 description 2
- 239000010406 cathode material Substances 0.000 description 2
- 239000011248 coating agent Substances 0.000 description 2
- 238000000576 coating method Methods 0.000 description 2
- 239000008367 deionised water Substances 0.000 description 2
- 229910021641 deionized water Inorganic materials 0.000 description 2
- 210000001787 dendrite Anatomy 0.000 description 2
- 238000004090 dissolution Methods 0.000 description 2
- 239000003792 electrolyte Substances 0.000 description 2
- 238000005516 engineering process Methods 0.000 description 2
- 150000002170 ethers Chemical class 0.000 description 2
- 230000008020 evaporation Effects 0.000 description 2
- 239000000945 filler Substances 0.000 description 2
- 125000002887 hydroxy group Chemical group [H]O* 0.000 description 2
- 150000002500 ions Chemical class 0.000 description 2
- 238000006138 lithiation reaction Methods 0.000 description 2
- 150000002642 lithium compounds Chemical class 0.000 description 2
- 239000011777 magnesium Substances 0.000 description 2
- 239000011572 manganese Substances 0.000 description 2
- 239000002245 particle Substances 0.000 description 2
- 229920003023 plastic Polymers 0.000 description 2
- 239000004033 plastic Substances 0.000 description 2
- 239000002985 plastic film Substances 0.000 description 2
- 229920006255 plastic film Polymers 0.000 description 2
- 229920000867 polyelectrolyte Polymers 0.000 description 2
- 229920000151 polyglycol Polymers 0.000 description 2
- 239000010695 polyglycol Substances 0.000 description 2
- 229920001451 polypropylene glycol Polymers 0.000 description 2
- 239000000843 powder Substances 0.000 description 2
- BDERNNFJNOPAEC-UHFFFAOYSA-N propan-1-ol Chemical class CCCO BDERNNFJNOPAEC-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 238000000197 pyrolysis Methods 0.000 description 2
- 239000010944 silver (metal) Substances 0.000 description 2
- 238000003756 stirring Methods 0.000 description 2
- 239000012855 volatile organic compound Substances 0.000 description 2
- 239000002023 wood Substances 0.000 description 2
- BUHVIAUBTBOHAG-FOYDDCNASA-N (2r,3r,4s,5r)-2-[6-[[2-(3,5-dimethoxyphenyl)-2-(2-methylphenyl)ethyl]amino]purin-9-yl]-5-(hydroxymethyl)oxolane-3,4-diol Chemical compound COC1=CC(OC)=CC(C(CNC=2C=3N=CN(C=3N=CN=2)[C@H]2[C@@H]([C@H](O)[C@@H](CO)O2)O)C=2C(=CC=CC=2)C)=C1 BUHVIAUBTBOHAG-FOYDDCNASA-N 0.000 description 1
- ZVYSYCLZXICWLH-UHFFFAOYSA-N 1,3-dioxetan-2-one Chemical compound O=C1OCO1 ZVYSYCLZXICWLH-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- VAYTZRYEBVHVLE-UHFFFAOYSA-N 1,3-dioxol-2-one Chemical compound O=C1OC=CO1 VAYTZRYEBVHVLE-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- WNXJIVFYUVYPPR-UHFFFAOYSA-N 1,3-dioxolane Chemical compound C1COCO1 WNXJIVFYUVYPPR-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- RRQYJINTUHWNHW-UHFFFAOYSA-N 1-ethoxy-2-(2-ethoxyethoxy)ethane Chemical compound CCOCCOCCOCC RRQYJINTUHWNHW-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- KIAMPLQEZAMORJ-UHFFFAOYSA-N 1-ethoxy-2-[2-(2-ethoxyethoxy)ethoxy]ethane Chemical compound CCOCCOCCOCCOCC KIAMPLQEZAMORJ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- XIYUIMLQTKODPS-UHFFFAOYSA-M 1-ethyl-3-methylimidazol-3-ium;acetate Chemical compound CC([O-])=O.CC[N+]=1C=CN(C)C=1 XIYUIMLQTKODPS-UHFFFAOYSA-M 0.000 description 1
- UNJKRLGRDWZYOW-UHFFFAOYSA-N 4,5-diethyl-1,3-dioxolane Chemical compound CCC1OCOC1CC UNJKRLGRDWZYOW-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- GGQOXKOHMFKMLR-UHFFFAOYSA-N 4,5-dimethyl-1,3-dioxolane Chemical compound CC1OCOC1C GGQOXKOHMFKMLR-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- KWKXQCMPXDOLFS-UHFFFAOYSA-N 4-ethyl-1,3-dioxolane Chemical compound CCC1COCO1 KWKXQCMPXDOLFS-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- SBUOHGKIOVRDKY-UHFFFAOYSA-N 4-methyl-1,3-dioxolane Chemical compound CC1COCO1 SBUOHGKIOVRDKY-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- ZCYVEMRRCGMTRW-UHFFFAOYSA-N 7553-56-2 Chemical compound [I] ZCYVEMRRCGMTRW-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 229910000838 Al alloy Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000005995 Aluminium silicate Substances 0.000 description 1
- 241000609240 Ambelania acida Species 0.000 description 1
- 241000894006 Bacteria Species 0.000 description 1
- 235000017166 Bambusa arundinacea Nutrition 0.000 description 1
- 235000017491 Bambusa tulda Nutrition 0.000 description 1
- 240000008564 Boehmeria nivea Species 0.000 description 1
- WKBOTKDWSSQWDR-UHFFFAOYSA-N Bromine atom Chemical compound [Br] WKBOTKDWSSQWDR-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 229920000049 Carbon (fiber) Polymers 0.000 description 1
- 229910000881 Cu alloy Inorganic materials 0.000 description 1
- XTHFKEDIFFGKHM-UHFFFAOYSA-N Dimethoxyethane Chemical compound COCCOC XTHFKEDIFFGKHM-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 241000219146 Gossypium Species 0.000 description 1
- 229910000733 Li alloy Inorganic materials 0.000 description 1
- 229910013063 LiBF 4 Inorganic materials 0.000 description 1
- 229910015645 LiMn Inorganic materials 0.000 description 1
- 229910015643 LiMn 2 O 4 Inorganic materials 0.000 description 1
- 240000006240 Linum usitatissimum Species 0.000 description 1
- 235000004431 Linum usitatissimum Nutrition 0.000 description 1
- 239000002033 PVDF binder Substances 0.000 description 1
- 244000082204 Phyllostachys viridis Species 0.000 description 1
- 235000015334 Phyllostachys viridis Nutrition 0.000 description 1
- 239000002174 Styrene-butadiene Substances 0.000 description 1
- 239000002253 acid Substances 0.000 description 1
- 239000011149 active material Substances 0.000 description 1
- 230000002411 adverse Effects 0.000 description 1
- 235000010210 aluminium Nutrition 0.000 description 1
- 235000012211 aluminium silicate Nutrition 0.000 description 1
- 150000001450 anions Chemical class 0.000 description 1
- 239000006256 anode slurry Substances 0.000 description 1
- 229910021383 artificial graphite Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000010905 bagasse Substances 0.000 description 1
- 239000011425 bamboo Substances 0.000 description 1
- 230000015572 biosynthetic process Effects 0.000 description 1
- GDTBXPJZTBHREO-UHFFFAOYSA-N bromine Substances BrBr GDTBXPJZTBHREO-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 229910052794 bromium Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000006229 carbon black Substances 0.000 description 1
- 239000001569 carbon dioxide Substances 0.000 description 1
- 229910002092 carbon dioxide Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000004917 carbon fiber Substances 0.000 description 1
- 125000002057 carboxymethyl group Chemical group [H]OC(=O)C([H])([H])[*] 0.000 description 1
- 238000006555 catalytic reaction Methods 0.000 description 1
- 239000006257 cathode slurry Substances 0.000 description 1
- 150000001768 cations Chemical class 0.000 description 1
- 230000001413 cellular effect Effects 0.000 description 1
- 150000001786 chalcogen compounds Chemical class 0.000 description 1
- 238000006243 chemical reaction Methods 0.000 description 1
- 231100000481 chemical toxicant Toxicity 0.000 description 1
- 239000000571 coke Substances 0.000 description 1
- 239000000470 constituent Substances 0.000 description 1
- 229920001577 copolymer Polymers 0.000 description 1
- 230000001419 dependent effect Effects 0.000 description 1
- 238000000151 deposition Methods 0.000 description 1
- 229940019778 diethylene glycol diethyl ether Drugs 0.000 description 1
- SBZXBUIDTXKZTM-UHFFFAOYSA-N diglyme Chemical compound COCCOCCOC SBZXBUIDTXKZTM-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 150000004862 dioxolanes Chemical class 0.000 description 1
- 238000007599 discharging Methods 0.000 description 1
- 238000004821 distillation Methods 0.000 description 1
- 230000000694 effects Effects 0.000 description 1
- 239000007772 electrode material Substances 0.000 description 1
- 239000002003 electrode paste Substances 0.000 description 1
- 239000011532 electronic conductor Substances 0.000 description 1
- 230000007613 environmental effect Effects 0.000 description 1
- JBTWLSYIZRCDFO-UHFFFAOYSA-N ethyl methyl carbonate Chemical compound CCOC(=O)OC JBTWLSYIZRCDFO-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 239000006260 foam Substances 0.000 description 1
- HCDGVLDPFQMKDK-UHFFFAOYSA-N hexafluoropropylene Chemical group FC(F)=C(F)C(F)(F)F HCDGVLDPFQMKDK-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 239000011630 iodine Substances 0.000 description 1
- 229910052740 iodine Inorganic materials 0.000 description 1
- XEEYBQQBJWHFJM-UHFFFAOYSA-N iron Substances [Fe] XEEYBQQBJWHFJM-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 229910052742 iron Inorganic materials 0.000 description 1
- NLYAJNPCOHFWQQ-UHFFFAOYSA-N kaolin Chemical compound O.O.O=[Al]O[Si](=O)O[Si](=O)O[Al]=O NLYAJNPCOHFWQQ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 239000003273 ketjen black Substances 0.000 description 1
- 239000001989 lithium alloy Substances 0.000 description 1
- GELKBWJHTRAYNV-UHFFFAOYSA-K lithium iron phosphate Chemical compound [Li+].[Fe+2].[O-]P([O-])([O-])=O GELKBWJHTRAYNV-UHFFFAOYSA-K 0.000 description 1
- MHCFAGZWMAWTNR-UHFFFAOYSA-M lithium perchlorate Chemical compound [Li+].[O-]Cl(=O)(=O)=O MHCFAGZWMAWTNR-UHFFFAOYSA-M 0.000 description 1
- 229910001496 lithium tetrafluoroborate Inorganic materials 0.000 description 1
- QSZMZKBZAYQGRS-UHFFFAOYSA-N lithium;bis(trifluoromethylsulfonyl)azanide Chemical compound [Li+].FC(F)(F)S(=O)(=O)[N-]S(=O)(=O)C(F)(F)F QSZMZKBZAYQGRS-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- MCVFFRWZNYZUIJ-UHFFFAOYSA-M lithium;trifluoromethanesulfonate Chemical compound [Li+].[O-]S(=O)(=O)C(F)(F)F MCVFFRWZNYZUIJ-UHFFFAOYSA-M 0.000 description 1
- 230000008018 melting Effects 0.000 description 1
- 238000002844 melting Methods 0.000 description 1
- 239000012528 membrane Substances 0.000 description 1
- 229910044991 metal oxide Inorganic materials 0.000 description 1
- 150000004706 metal oxides Chemical class 0.000 description 1
- 229910001463 metal phosphate Inorganic materials 0.000 description 1
- 229910052976 metal sulfide Inorganic materials 0.000 description 1
- VUZPPFZMUPKLLV-UHFFFAOYSA-N methane;hydrate Chemical compound C.O VUZPPFZMUPKLLV-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 230000005012 migration Effects 0.000 description 1
- 238000013508 migration Methods 0.000 description 1
- 229910021382 natural graphite Inorganic materials 0.000 description 1
- 150000002894 organic compounds Chemical class 0.000 description 1
- 239000004014 plasticizer Substances 0.000 description 1
- 229920005569 poly(vinylidene fluoride-co-hexafluoropropylene) Polymers 0.000 description 1
- 229920000728 polyester Polymers 0.000 description 1
- 229920000642 polymer Polymers 0.000 description 1
- 239000005518 polymer electrolyte Substances 0.000 description 1
- 229920002223 polystyrene Polymers 0.000 description 1
- 229920001021 polysulfide Polymers 0.000 description 1
- 239000005077 polysulfide Substances 0.000 description 1
- 150000008117 polysulfides Polymers 0.000 description 1
- RUOJZAUFBMNUDX-UHFFFAOYSA-N propylene carbonate Chemical compound CC1COC(=O)O1 RUOJZAUFBMNUDX-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 150000003839 salts Chemical class 0.000 description 1
- 239000000377 silicon dioxide Substances 0.000 description 1
- 235000012239 silicon dioxide Nutrition 0.000 description 1
- 239000004071 soot Substances 0.000 description 1
- 229910052566 spinel group Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000010902 straw Substances 0.000 description 1
- 238000006467 substitution reaction Methods 0.000 description 1
- 150000007984 tetrahydrofuranes Chemical class 0.000 description 1
- 231100000331 toxic Toxicity 0.000 description 1
- 230000002588 toxic effect Effects 0.000 description 1
- 239000003440 toxic substance Substances 0.000 description 1
- 229910000314 transition metal oxide Inorganic materials 0.000 description 1
- YFNKIDBQEZZDLK-UHFFFAOYSA-N triglyme Chemical compound COCCOCCOCCOC YFNKIDBQEZZDLK-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- LSGOVYNHVSXFFJ-UHFFFAOYSA-N vanadate(3-) Chemical compound [O-][V]([O-])([O-])=O LSGOVYNHVSXFFJ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 229920005609 vinylidenefluoride/hexafluoropropylene copolymer Polymers 0.000 description 1
Images
Classifications
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
- H01M4/00—Electrodes
- H01M4/02—Electrodes composed of, or comprising, active material
- H01M4/62—Selection of inactive substances as ingredients for active masses, e.g. binders, fillers
- H01M4/621—Binders
- H01M4/622—Binders being polymers
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
- H01M4/00—Electrodes
- H01M4/02—Electrodes composed of, or comprising, active material
- H01M4/04—Processes of manufacture in general
- H01M4/0402—Methods of deposition of the material
- H01M4/0404—Methods of deposition of the material by coating on electrode collectors
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
- H01M4/00—Electrodes
- H01M4/02—Electrodes composed of, or comprising, active material
- H01M4/62—Selection of inactive substances as ingredients for active masses, e.g. binders, fillers
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C08—ORGANIC MACROMOLECULAR COMPOUNDS; THEIR PREPARATION OR CHEMICAL WORKING-UP; COMPOSITIONS BASED THEREON
- C08B—POLYSACCHARIDES; DERIVATIVES THEREOF
- C08B1/00—Preparatory treatment of cellulose for making derivatives thereof, e.g. pre-treatment, pre-soaking, activation
- C08B1/003—Preparation of cellulose solutions, i.e. dopes, with different possible solvents, e.g. ionic liquids
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C09—DYES; PAINTS; POLISHES; NATURAL RESINS; ADHESIVES; COMPOSITIONS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; APPLICATIONS OF MATERIALS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- C09J—ADHESIVES; NON-MECHANICAL ASPECTS OF ADHESIVE PROCESSES IN GENERAL; ADHESIVE PROCESSES NOT PROVIDED FOR ELSEWHERE; USE OF MATERIALS AS ADHESIVES
- C09J101/00—Adhesives based on cellulose, modified cellulose, or cellulose derivatives
- C09J101/02—Cellulose; Modified cellulose
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
- H01M4/00—Electrodes
- H01M4/02—Electrodes composed of, or comprising, active material
- H01M4/04—Processes of manufacture in general
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
- H01M4/00—Electrodes
- H01M4/02—Electrodes composed of, or comprising, active material
- H01M4/13—Electrodes for accumulators with non-aqueous electrolyte, e.g. for lithium-accumulators; Processes of manufacture thereof
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
- H01M4/00—Electrodes
- H01M4/02—Electrodes composed of, or comprising, active material
- H01M4/62—Selection of inactive substances as ingredients for active masses, e.g. binders, fillers
- H01M4/621—Binders
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
- H01M10/00—Secondary cells; Manufacture thereof
- H01M10/05—Accumulators with non-aqueous electrolyte
- H01M10/052—Li-accumulators
-
- Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
- Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
- Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
- Y02E60/00—Enabling technologies; Technologies with a potential or indirect contribution to GHG emissions mitigation
- Y02E60/10—Energy storage using batteries
Landscapes
- Chemical & Material Sciences (AREA)
- Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
- Electrochemistry (AREA)
- General Chemical & Material Sciences (AREA)
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Organic Chemistry (AREA)
- Manufacturing & Machinery (AREA)
- Materials Engineering (AREA)
- Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
- Biochemistry (AREA)
- Health & Medical Sciences (AREA)
- Medicinal Chemistry (AREA)
- Polymers & Plastics (AREA)
- Battery Electrode And Active Subsutance (AREA)
- Cell Separators (AREA)
Abstract
Kathode oder Anode, worin das Kathodenbindemittel oder das Anodenbindemittel Cellulose und/oder Cellulosederivate, die nur in ionischen Flüssigkeiten löslich sind, umfasst oder daraus besteht Verfahren zu deren Herstellung und Verwendung von Cellulose und/oder Cellulosederivaten, die nur in ionischen Flüssigkeiten löslich sind, als Bindemittel zur Herstellung von Kathoden und Anoden, insbesondere Batterieelektroden.A cathode or anode, wherein the cathode binder or the anode binder comprises cellulose and / or cellulose derivatives which are only soluble in ionic liquids, or consists of processes for their production and use of cellulose and / or cellulose derivatives which are only soluble in ionic liquids as Binder for the production of cathodes and anodes, in particular battery electrodes.
Description
Alle in der vorliegenden Anmeldung zitierten Dokumente sind durch Verweis vollumfänglich in die vorliegende Offenbarung einbezogen (= incorporated by reference in their entirety).All documents cited in the present application are incorporated by reference in their entirety into the present disclosure (= incorporated by reference in their entirety).
Die vorliegende Erfindung betrifft die Verbesserung der Umweltfreundlichkeit von Batterieelektroden und Lithiumbatterien, die diese verwenden, ein umweltfreundliches Herstellungsverfahren zur Produktion von Batteriekathoden und -anoden, und Batterien enthaltend eine oder mehrere dieser Komponenten. Die vorliegende Erfindung betrifft insbesondere Elektroden für Lithiumbatterien enthaltend Cellulose, bevorzugt natürliche Cellulose, und/oder Cellulosederivate, die in ionischen Flüssigkeiten löslich sind, Verfahren zur Herstellung dieser Elektroden und deren Verwendung.The present invention relates to improving the environmental friendliness of battery electrodes and lithium batteries using the same, an environmentally friendly manufacturing method for producing battery cathodes and anodes, and batteries containing one or more of these components. The present invention relates in particular to electrodes for lithium batteries containing cellulose, preferably natural cellulose, and / or cellulose derivatives which are soluble in ionic liquids, to processes for producing these electrodes and to their use.
Stand der Technik:State of the art:
Die Nachfrage nach tragbaren elektronischen Geräten, wie zum Beispiel Personal Digital Assistants (PDAs), Mobiltelefonen und Notebook Computern steigt immer mehr. Im gleichen Maße steigt die Notwendigkeit, diese tragbaren Geräte immer kompakter, dünner und leichter zu designen. Neben diesem bereits sehr umfangreichen und kontinuierlich wachsenden Markt erscheint es so zu sein, dass Fahrzeuge basierend auf Hybridantrieben in einem sehr fortgeschrittenen Stadium der Entwicklung sind und immer weitere Verwendung finden werden. Demgemäß werden Batterien, die diese Geräte mit Strom versorgen immer wichtigere Bestandteile dieser Geräte. Insbesondere Lithiumbatterien wurden bisher als Hauptkraftquelle für solche tragbaren Geräte verwendet und werden als einzige Möglichkeit der Stromversorgung für Hybrid, Plugin-Hybrid (Aufladung der Batterie auch an der Steckdose) und vollständig elektronische Fahrzeuge angesehen, da sie sehr leicht sind und eine hohe Energiedichte aufweisen. Lithiumbatterien umfassen, unter anderem, aktive Kathodenmaterialien, aktive Anodenmaterialien und Separatoren. Aus
Das aktive Anodenmaterial kann metallisches Lithium sein, allerdings können dann nadelförmige Lithiumdendriten auf der Oberfläche des Lithiums wachsen. Dies kann passieren, weil das Lithium während der Lade-/Entladevorgänge einer Batterie wiederholt gelöst und wieder abgeschieden wird. Im Ergebnis können die nadelförmigen Dendriten die Entlade-/Ladeeffizienz negativ beeinträchtigen und gegebenenfalls sogar interne Kurzschlüsse durch Kontakt mit der Kathode bewirken. Um diesen Problemen zu begegnen kann als Anodenmaterial ein Material verwendet werden, dass reversibel Lithiumionen interkaliert und deinterkaliert. Dieses Material kann eine Lithiumlegierung, ein Metallpulver, ein graphitisches oder kohlenstoffhaltiges Material, Metalloxide oder Metallsulfide sein.The active anode material may be metallic lithium, but acicular lithium dendrites may then grow on the surface of the lithium. This can happen because the lithium is repeatedly released and re-deposited during charging / discharging of a battery. As a result, the acicular dendrites can adversely affect the discharge / charge efficiency and, if necessary, even cause internal short circuits by contact with the cathode. To counteract these problems, a material that reversibly intercalates and deintercalates lithium ions can be used as the anode material. This material may be a lithium alloy, a metal powder, a graphitic or carbonaceous material, metal oxides or metal sulfides.
Ein Bindemittel ist notwendig, um pulverförmige Elektrodenmaterialien an die elektrischen Stromableiter zu binden und blattförmige Elektroden zu formen.A binder is necessary to bind powdery electrode materials to the electrical conductors and to form sheet-shaped electrodes.
Bis jetzt wurden Lithiumbatterie-Elektroden und Separatoren hergestellt unter Verwendung von künstlich hergestellten Polymeren wie PE (Polyethylen), PP (Polypropylen), PEO (Polyethylenoxid), PPO (Polypropylenoxid), PTFE (Polytetrafluorethylen), PMMA (Polymethylmethacrylat), PAN (Polyacrylonitril), PS (Polystyrol), SBR (Styrolbutadienkautschuk) und vielen anderen, jeweils allein für sich oder in Mischungen dieser Stoffe. Nichts desto trotz war bisher PVdF (Polyvinylidendifluorid, als solches oder als Copolymer, dann normalerweise PVdF-HFP, worin HFP für Hexafluoropropylen steht) das mit Abstand am meisten verwendete Bindemittel. Die meisten dieser Bindemittel erfordern die Verwendung von volatilen organischen Lösemitteln wie zum Beispiel N-Methyl-2-Pyrrolidon (NMP), die für Menschen giftig und alles andere als umweltfreundlich sind. Das Resultat davon ist, dass der Herstellungsprozess sehr komplex ist und sehr hohen apparativen Aufwand erfordert. Um diesen Problemen zu begegnen, offenbart die japanische Offenlegungsschrift
Carboxymethylcellulose oder CMC, ein Cellulosederivat mit Carboxymethylgruppen(-CH2-COOH), die an manche der Hydroxylgruppen der des Celluloserückgrads gebunden sind, wird hergestellt durch alkalikatalysierte Reaktion von Cellulose mit Chloressigsäure. Dieses Verfahren ist jedoch teuer und erfordert die Verwendung von toxischen Chemikalien.Carboxymethyl cellulose or CMC, a cellulose derivative having carboxymethyl groups (-CH 2 -COOH) attached to some of the hydroxyl groups of the cellulose backbone, is prepared by the alkali-catalyzed reaction of cellulose with Acid. However, this process is expensive and requires the use of toxic chemicals.
Cellulose hingegen ist ein umweltfreundliches Bindemittel, das keine weitere chemische Behandlung erfordert (abgesehen von der Abtrennung der Reste seiner Pflanzenquellen). Cellulose ist die häufigste organische Verbindung auf der Erde. Ungefähr 33% der gesamten Pflanzenmaterie ist Cellulose (bis zu 90% in Baumwolle und 50% in Holz). Und es kann aus fast jeder Pflanze gewonnen werden.Cellulose, on the other hand, is an environmentally friendly binder that requires no further chemical treatment (apart from the removal of the remains of its plant sources). Cellulose is the most common organic compound on earth. Approximately 33% of total plant matter is cellulose (up to 90% in cotton and 50% in wood). And it can be obtained from almost any plant.
Aufgabe:Task:
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es die Nachteile des Stand der Technik zu vermeiden. Insbesondere sollen umweltfreundlichere Bindemittel für pulverförmige Anoden- und/oder Kathodenmaterialien und Herstellungsverfahren für Anoden und Kathoden mithilfe dieser Bindemittel. gefunden werden.The object of the present invention is to avoid the disadvantages of the prior art. In particular, more environmentally friendly binders for powdered anode and / or cathode materials and methods for producing anodes and cathodes using these binders. being found.
Lösung:Solution:
Diese Aufgabe wird durch Kathoden oder Anoden, worin das Kathoden- oder Anodenbindemittel Cellulose, bevorzugt natürliche Cellulose, und/oder Cellulosederivate, die in ionischen Flüssigkeiten löslich sind, umfasst oder daraus besteht, Verfahren zu deren Herstellung und Verwendung von natürlicher Cellulose als Bindemittel zur Herstellung von Kathoden und Anoden, insbesondere Batterieelektroden gelöst.This object is achieved by cathodes or anodes in which the cathode or anode binder comprises or consists of cellulose, preferably natural cellulose, and / or cellulose derivatives which are soluble in ionic liquids, processes for their preparation and use of natural cellulose as a binder for the production of cathodes and anodes, in particular battery electrodes solved.
Begriffsdefinitionen:Definition of terms:
Im Rahmen der vorliegenden Erfindung sind alle Mengenangaben, sofern nicht anders angegeben, als Gewichtsangaben zu verstehen. Im Rahmen der vorliegenden Erfindung bedeutet der Begriff „Zimmertemperatur” eine Temperatur von 20°C. Temperaturangaben sind, soweit nicht anders angegeben, in Grad Celsius (°C). Sofern nichts anderes angegeben wird, werden die angeführten Reaktionen bzw. Verfahrensschritte bei Normaldruck/Atmosphärendruck, d. h. bei 1013 mbar, durchgeführt. Im Rahmen der vorliegenden Erfindung bedeutet der Begriff „Komposite” physikalische und/oder chemische Mischungen bzw. Verbindungen von Stoffen. Unter dem Begriff „ionische Flüssigkeit” werden im Rahmen der vorliegenden Erfindung ausschließlich aus Kationen und Anionen bestehende Flüssigkeiten verstanden. Diese weisen niedrige Schmelzpunkte von unter 100°C auf. Die ionischen Flüssigkeiten haben bei Raumtemperatur praktisch keinen Dampfdruck. Die Größe und die Symmetrie der beteiligten Ionen behindert dabei die Bildung eines starken Kristallgitters. Bereits geringe thermische Energie genügt daher, um die Gitterenergie zu überwinden und die feste Kristallstruktur aufzubrechen. Insbesondere werden im Rahmen der vorliegenden Erfindung unter ionischen Flüssigkeiten solche verstanden, die bei Temperaturen zwischen –10 und 80°C, insbesondere bei Raumtemperatur, flüssig sind. Im Rahmen der vorliegenden Erfindung wird unter dem Begriff „natürliche Cellulose”, im Unterschied zu erfindungsgemäß auch einsetzbarer vollsynthetisch hergestellter Cellulose, Cellulose aus unterschiedlichsten natürlichen Quellen, insbesondere aus Baumwolle, Flachs, Ramie, Bambus, Stroh, Bakterien, Holz, Bagasse verstanden.In the context of the present invention, all quantities are, unless stated otherwise, to be understood as weight data. In the context of the present invention, the term "room temperature" means a temperature of 20 ° C. Temperatures are, unless otherwise stated, in degrees Celsius (° C). Unless otherwise stated, the reactions or process steps given are carried out at normal pressure / atmospheric pressure, ie. H. at 1013 mbar. In the context of the present invention, the term "composites" means physical and / or chemical mixtures or compounds of substances. For the purposes of the present invention, the term "ionic liquid" is understood as meaning exclusively liquids comprising cations and anions. These have low melting points of less than 100 ° C. The ionic liquids have virtually no vapor pressure at room temperature. The size and symmetry of the ions involved hinder the formation of a strong crystal lattice. Even low thermal energy is therefore sufficient to overcome the lattice energy and break up the solid crystal structure. In the context of the present invention, ionic liquids are understood in particular to mean those which are liquid at temperatures between -10 and 80.degree. C., in particular at room temperature. In the context of the present invention, the term "natural cellulose", in contrast to the present invention also usable fully synthetic cellulose, cellulose from various natural sources, especially cotton, flax, ramie, bamboo, straw, bacteria, wood, bagasse understood.
Detaillierte Beschreibung:Detailed description:
Die vorliegende Erfindung betrifft einen umweltfreundlichen Herstellungsprozess für die Herstellung von Kathoden und Anoden, worin Cellulose als Bindemittel eingesetzt wird, und Lithiumbatterien enthaltend alle oder manche dieser Komponenten. Die vorliegende Erfindung ist insbesondere gerichtet auf die Verwendung von natürlicher Cellulose als Bindemittel zur Herstellung von Batterieelektroden. Die natürliche Cellulose wird dabei in vollständig recycelbaren ionischen Flüssigkeiten gelöst. Nachdem die cellulosebasierten Elektrodenslurries auf elektronenableiter Substrate aufgetragen wurden, werden die ionischen Flüssigkeiten durch einen Phaseninversionsprozess unter Verwendung von Wasser (oder C1-C5-Alkoholen) als Co-Lösemitteln entfernt. Im Ergebnis können Batterieelektroden hergestellt werden, ohne die Notwendigkeit der Mitverwendung von umweltverschmutzenden leichtflüchtigen organischen Verbindungen (volatile organic compounds – VOC). Diese Komponenten können zur Herstellung von Lithiumbatterien mit exzellenten Charakteristika verwendet werden.The present invention relates to an environmentally friendly manufacturing process for the production of cathodes and anodes, wherein cellulose is used as a binder, and lithium batteries containing all or some of these components. The present invention is particularly directed to the use of natural cellulose as a binder for making battery electrodes. The natural cellulose is dissolved in completely recyclable ionic liquids. After the cellulose-based electrode slurries have been applied to electron-conductive substrates, the ionic liquids are removed by a phase inversion process using water (or C 1 -C 5 alcohols) as co-solvents. As a result, battery electrodes can be manufactured without the necessity of using environmentally polluting volatile organic compounds (VOCs). These components can be used to make lithium batteries with excellent characteristics.
Gegenstand der vorliegende Erfindung sind demgemäß Kathoden und Anoden, worin natürliche Cellulose als Bindemittel eingesetzt wird, bevorzugt Batterieelektroden und Batterien, insbesondere Lithiumbatterien, enthaltend alle oder manche dieser Komponenten.The present invention accordingly provides cathodes and anodes, in which natural cellulose is used as binder, preferably battery electrodes and batteries, in particular lithium batteries, containing all or some of these components.
Gegenstand der vorliegende Erfindung ist demgemäß auch ein Verfahren zur Herstellung von Kathoden und Anoden, insbesondere Batterieelektroden, bei dem
- a) natürliche Cellulose gelöst wird i) in einer vollständig recycelbaren ionischen Flüssigkeit oder ii) in einer Mischung von vollständig recycelbaren ionischen Flüssigkeiten oder iii) in einer Mischung von mindestens einer vollständig recycelbaren ionischen Flüssigkeit und Wasser,
- b) danach die cellulosebasierten Elektrodenslurries auf elektronenableiter Substrate, insbesondere Stromableiterfolien, aufgetragen oder in Stromableitergitter oder -schäume einpastiert werden,
- c) die ionischen Flüssigkeiten durch einen Phaseninversionsprozess unter Verwendung von Wasser (oder natürlichen Alkoholen) als Co-Lösemitteln entfernt werden.
- a) natural cellulose is dissolved i) in a fully recyclable ionic liquid or ii) in a mixture of fully recyclable ionic liquids or iii) in a mixture of at least one fully recyclable ionic liquid and water,
- b) then the cellulose-based electrode slurries on electron-conductive substrates, in particular Stromableiterfolien, applied or in Stromableitergitter or foams are pasted,
- c) the ionic liquids are removed by a phase inversion process using water (or natural alcohols) as cosolvents.
Vollständig recycelbar bedeutet im Rahmen der vorliegenden Erfindung, dass die ionischen Flüssigkeiten durch fachübliche Maßnahmen, wie beispielsweise Filtration, Destillation o. ä. von den weiteren Materialien abgetrennt und zu mindestens 90 Gew.-%, bevorzugt mindestens 95 Gew.-%, insbesondere bevorzugt mindestens 98 Gew.-% in einer Reinheit von mindestens 90%, bevorzugt mindestens 95%, insbesondere bevorzugt mindestens 98%, wobei sich die Reinheit auf den Gehalt ionischer Flüssigkeiten) in Relation zu anderen Stoffen, die keine ionischen Flüssigkeiten sind, bezieht, zurückgewonnen werden kann.In the context of the present invention, completely recyclable means that the ionic liquids are separated from the other materials by customary measures, for example filtration, distillation or the like, and at least 90% by weight, preferably at least 95% by weight, particularly preferably at least 98% by weight in a purity of at least 90%, preferably at least 95%, most preferably at least 98%, wherein the purity relates to the content of ionic liquids) in relation to other substances which are not ionic liquids can be.
Gegenstand der vorliegende Erfindung ist weiterhin die Verwendung von natürlicher Cellulose als Bindemittel zur Herstellung von Kathoden und Anoden, insbesondere Batterieelektroden.The present invention furthermore relates to the use of natural cellulose as a binder for the production of cathodes and anodes, in particular battery electrodes.
Überraschenderweise wurde im Rahmen der vorliegenden Erfindung gefunden, dass Batteriekathoden und -anoden, worin natürliche Cellulose als Bindemittel eingesetzt wird, genau so gut funktionieren, wie Batteriekathoden und -anoden hergestellt mit konventionellen Bindemitteln, obwohl Cellulose mehrere OH-Gruppen besitzt, die als reaktiv instabil in dem Spannungsbereich einer Lithiumbatterie angesehen wurden.Surprisingly, it has been found within the scope of the present invention that battery cathodes and anodes employing natural cellulose as a binder function as well as battery cathodes and anodes made with conventional binders, although cellulose has multiple OH groups which are considered to be reactive were considered in the voltage range of a lithium battery.
Die erfindungsgemäßen Anoden und Kathoden können verwendet werden, um Batterien, insbesondere Lithiumbatterien, herzustellen, die State-Of-The-Art-Charakteristika aufweisen, aber zusätzlich den Vorteil einer leichteren Recyclingfähigkeit aufweisen. Denn das Bindemittel kann am Ende des Lebenszyklus der Batterie durch simple Pyrolyse der Elektrode entfernt werden. Die Pyrolyse von Cellulose führt bei der Produktion lediglich zu Kohlendioxid und Wasser, welche für die Umwelt nicht schädlich sind.The anodes and cathodes of the invention can be used to make batteries, particularly lithium batteries, which have state-of-the-art characteristics, but additionally have the advantage of easier recyclability. Because the binder can be removed at the end of the life cycle of the battery by simple pyrolysis of the electrode. The pyrolysis of cellulose only results in the production of carbon dioxide and water, which are not harmful to the environment.
Eine Ausgestaltung der vorliegenden Erfindung umfasst Lithiumbatteriekathoden und -anoden enthaltend Cellulose als Bindemittel. Weiterhin umfasst die vorliegende Erfindung in einer weiteren Ausgestaltung eine Lithiumbatterie enthaltend eine oder beide der oben genannten Lithiumbatteriekomponenten. In einem bevorzugten Aspekt der vorliegenden Erfindung wird das Cellulosebindemittel, das in den Lithiumbatteriekomponenten verwendet wird, hergestellt durch Lösen in einer ionischen Flüssigkeit (oder in einer Mischung von ionischen Flüssigkeiten oder in einer Mischung von ionischer Flüssigkeit und Wasser) und abscheiden durch einen Phaseninversionsprozess, in dem Wasser (oder Alkohol) als Co-Lösemittel eingesetzt wird.An embodiment of the present invention includes lithium battery cathodes and anodes containing cellulose as a binder. Furthermore, in a further embodiment, the present invention comprises a lithium battery containing one or both of the above lithium battery components. In a preferred aspect of the present invention, the cellulosic binder used in the lithium battery components is prepared by dissolving in an ionic liquid (or in a mixture of ionic liquids or in a mixture of ionic liquid and water) and depositing by a phase inversion process the water (or alcohol) is used as co-solvent.
In einer Ausgestaltung der vorliegenden Erfindung wird eine Lithiumbatteriekathode hergestellt unter Verwendung von kathodenbildenden Materialien und Cellulose. Eine erfindungsgemäße Kathodenplatte kann hergestellt werden durch Auflösen von natürlicher Cellulose in einer ionischen Flüssigkeit oder einer Mischung von ionischen Flüssigkeiten oder einer Mischung von ionischer Flüssigkeit und Wasser. Nach dem Lösen des Bindemittels werden das aktive Kathodenmaterial und gegebenenfalls ein leitfähiges Material zugegeben, und die Kathodenslurry durch Rühren erhalten. Die Slurry wird dann auf eine Stromableiter-Folie aufgetragen, wobei die Folie eine Metallfolie, eine elektrisch leitfähige Kunststofffolie oder eine mit Kohlenstoff beschichtete Metall- oder elektrisch leitfähige Kunststofffolie sein kann, bevorzugt ausgewählt aus der Gruppe bestehend aus einer Aluminiumfolie, einer Nickelfolie, einer Titanfolie, einer Folie aus rostfreiem Stahl, einer mit Kohlenstoff beschichteten Aluminiumfolie, einer mit Kohlenstoff beschichteten Nickelfolie, einer mit Kohlenstoff beschichteten Titanfolie, einer mit Kohlenstoff beschichteten Folie aus rostfreiem Stahl. Die auf die Folie aufgetragene Slurry wird dann einem Phaseninversionsprozess unterworfen, wobei Wasser als Co-Lösemittel verwendet wird, um die ionische Flüssigkeit aus der Kathodenbeschichtung zu entfernen. Ionische Flüssigkeiten sind sehr hydrophil und beim Tauchen der beschichteten Elektroden migriert die Ionische Flüssigkeit in eine wässrige Phase. Weiterhin sind in einer Variante der vorliegenden Erfindung alternativ zu oder zusammen mit Wasser als Co-Lösemittel C1-C5-Alkohole einsetzbar, bevorzugt ausgewählt aus der Gruppe bestehend aus Methanol, Ethanol, allen Isomere des Propanols, allen Isomeren des Butanols, allen Isomeren des Pentanols und Mischungen davon.In one embodiment of the present invention, a lithium battery cathode is fabricated using cathode forming materials and cellulose. A cathode plate according to the invention can be prepared by dissolving natural cellulose in an ionic liquid or a mixture of ionic liquids or a mixture of ionic liquid and water. After dissolution of the binder, the active cathode material and optionally a conductive material are added and the cathode slurry is obtained by stirring. The slurry is then applied to a current collector foil, wherein the foil may be a metal foil, an electrically conductive plastic foil or a carbon-coated metal or electrically conductive plastic foil, preferably selected from the group consisting of an aluminum foil, a nickel foil, a titanium foil , a stainless steel foil, a carbon-coated aluminum foil, a carbon-coated nickel foil, a carbon-coated titanium foil, a carbon-coated stainless steel foil. The slurry applied to the film is then subjected to a phase inversion process using water as a cosolvent to remove the ionic liquid from the cathode coating. Ionic liquids are very hydrophilic and when immersing the coated electrodes, the ionic liquid migrates into an aqueous phase. Furthermore, in a variant of the present invention, C 1 -C 5 -alcohols can be used as an alternative to or together with water as co-solvent, preferably selected from the group consisting of methanol, ethanol, all isomers of propanol, all isomers of butanol, all isomers of pentanol and mixtures thereof.
Der Phaseninversionsprozess besteht darin, die beschichtete Kathode in deionisiertes Wasser einzubringen. Dabei wird die beschichtete Elektrode in eine wässrige Phase eingetaucht, wobei die ionische Flüssigkeit aufgrund ihrer hohen Hydrophilie in das Wasser migriert. Phaseninversionsprozesse sind allgemein bekannt und müssen hier nicht näher ausgeführt werden, so finden sich beispielsweise in
Dieser Prozess kann mehrfach wiederholt werden. Die ionische Flüssigkeit kann vollständig aus der wässrigen Lösung wiedergewonnen werden, indem die wässrige Lösung einer Filtration (um die festen Partikel, die sich bei dem Phaseninversionsprozess gebildet haben könnten, zu entfernen) unterworfen und anschließend das Wassers verdampft wird, insbesondere durch Verwendung eines Rotationsverdampfers. Nach Entfernung der ionischen Flüssigkeit wird die beschichtete Kathode getrocknet, um eine Kathodenplatte zu bilden.This process can be repeated several times. The ionic liquid can be completely recovered from the aqueous solution by subjecting the aqueous solution to filtration (to remove the solid particles that might have formed during the phase inversion process) and then evaporating the water, in particular by using a rotary evaporator. After removal of the ionic liquid, the coated cathode is dried to form a cathode plate.
Insbesondere können die kathodenbildenden Materialien ein aktives Kathodenmaterial, welches Lithiumeisenphosphat (LiFePO4) umfasst, aber nicht darauf beschränkt ist, und ein leitfähiges Material enthalten. Als leitfähiges Material können alle dem Fachmann bekannten normalerweise in Batterien eingesetzten leitfähigen Materialien eingesetzt werden, bevorzugt auf Basis von Leitruß, Graphit oder Metall, besonders bevorzugt ausgewählt aus der Gruppe bestehend aus Graphit, Nickel, Aluminium, Titan und Mischungen davon.In particular, the cathode-forming materials may include a cathode active material including, but not limited to, lithium iron phosphate (LiFePO 4 ) and a conductive material. As the conductive material, it is possible to use all conductive materials normally known to the person skilled in the art, preferably based on conductive carbon black, graphite or metal, more preferably selected from the group consisting of graphite, nickel, aluminum, titanium and mixtures thereof.
Im Rahmen der vorliegenden Erfindung kann das aktive Kathodenmaterial bevorzugt ausgewählt sein aus der Gruppe bestehend aus Lithiumkompositoxiden, bevorzugt der Formel LiwAxByCzOv worin A, B, C ausgewählt sind aus der Gruppe bestehend aus Mn, Co, Ni, Mg, Zn, Cu, Ga, Al, Cr, Ge, Sn, Nb, Ta, V und Ti, w, x, y, z = 0–1, x + y + z = 1 und v = 0–3, Lithiumkompositphosphaten bevorzugt der Formel LiwAxByCz(PO)4 worin A, B, C ausgewählt sind aus der Gruppe bestehend aus Fe, Co, Ni, Mn, Mg, Zn, Cu, Ga, Al, Cr, Ge, Sn, Nb, Ta, V und Ti, w, x, y, z = 0–1, x + y + z = 1, Lithiumkompositsilikaten, bevorzugt der Formel Li2wAxByCz(SiO)4 worin A, B, C ausgewählt sind aus der Gruppe bestehend aus Co, Ni, Mn, Mg, Zn, Cu, Ga, Al, Cr, Ge, Sn, Nb, Ta, V und Ti, w, x, y, z = 0–1, x + y + z = 1, Single Substance Sulfur (elementarem Schwefel), Catholyte in denen Li2Sn, worin n >= 1, gelöst ist, bevorzugt ausgewählt aus der Gruppe bestehend aus Li2S, Li2S2, Li2S4, Li2S6, Li2S8 und Mischungen davon, Organoschwefel, bevorzugt CxH2xS, mit 1 ≤ x ≤ 5, und (C2Sx)y worin 2,5 <= x <= 20 und y >= 2, Brom, Iod und Gemischen davon. In einer besonders bevorzugten Variante der vorliegenden Erfindung ist das aktive Kathodenmaterial LiFePO4.In the context of the present invention, the active cathode material may preferably be selected from the group consisting of lithium composite oxides, preferably of the formula Li W A x B y C z O v where A, B, C are selected from the group consisting of Mn, Co, Ni , Mg, Zn, Cu, Ga, Al, Cr, Ge, Sn, Nb, Ta, V and Ti, w, x, y, z = 0-1, x + y + z = 1 and v = 0-3 , Lithiumkompositphosphaten preferably of the formula Li w A x B y C z (PO) 4 wherein A, B, C are selected from the group consisting of Fe, Co, Ni, Mn, Mg, Zn, Cu, Ga, Al, Cr, Ge, Sn, Nb, Ta, V and Ti, w, x, y, z = 0-1, x + y + z = 1, Lithiumkompositsilikaten, preferably the formula Li 2w A x B y C z (SiO) 4 wherein A, B, C are selected from the group consisting of Co, Ni, Mn, Mg, Zn, Cu, Ga, Al, Cr, Ge, Sn, Nb, Ta, V and Ti, w, x, y, z = 0-1, x + y + z = 1, single substance sulfur (elemental sulfur), catholytes in which Li 2 S n , where n> = 1, is dissolved, preferably selected from the group consisting of Li 2 S, Li 2 S 2 , L i 2 S 4 , Li 2 S 6 , Li 2 S 8 and mixtures thereof, organosulfur, preferably C x H 2x S, with 1 ≤ x ≤ 5, and (C 2 S x ) y wherein 2.5 <= x < = 20 and y> = 2, bromine, iodine and mixtures thereof. In a particularly preferred variant of the present invention, the active cathode material is LiFePO 4 .
Weitere Kathodenmaterialien, die in einer Variante der vorliegenden Erfindung eingesetzt werden können sind die im Stand der Technik üblicherweise eingesetzten. So z. B. in
LiMn2-xMxO4, mit x = 0,5, LiNiO2, LiCoO2, LiCo1-x-yNixMyO2, LiMn2O4, Li1+yMn2-xMxO4, LiMnO2, LixMn1-yMyO2, Li[LixMyMn1-x-y]O2, LiFePO4, Mn-Spinelle, LixMnO2, LixVyOz, Schwefel, Polysulfide, FeS2.Other cathode materials that can be used in a variant of the present invention are those commonly used in the art. So z. In
LiMn 2-x M x O 4 , where x = 0.5, LiNiO 2 , LiCoO 2 , LiCo 1-xy Ni x M y O 2 , LiMn 2 O 4 , Li 1 + y Mn 2-x M x O 4 , LiMnO 2 , Li x Mn 1-y M y O 2 , Li [Li x M y Mn 1-xy ] O 2 , LiFePO 4 , Mn spinels, Li x MnO 2 , Li x V y O z , sulfur, Polysulfides, FeS 2 .
Ein Lithiumbatteriekathodenstromkollektor (Kathodenplatte) nach der vorliegenden Erfindung kann aufgebaut sein aus jedem beliebigen elektronischen Leiter, der in einer Batterie chemisch nicht reaktiv ist. Beispielsweise kann der Stromkollektor hergestellt sein aus rostfreiem Stahl, Ni, Al, Ti oder C. Die Oberfläche des rostfreien Stahls kann mit C, Ni, Ti oder Ag behaftet sein. Bevorzugt kann der kathodische Stromkollektor bestehen aus Aluminium oder einer Aluminiumlegierung, bevorzugt aus Aluminium. Die Menge des Cellulosebindemittels kann sich in dem Bereich von 0,1–40 Gew.-%, bevorzugt 1–35 Gew.-%, besonders bevorzugt 5–25 Gew.-%, bezogen auf die komplette Kathodenzusammensetzung, bewegen. In diesem Fall kann die komplette Kathodenzusammensetzung das aktive Kathodenmaterial, ein leitfähiges Material und das Cellulosebindemittel umfassen.A lithium battery cathode current collector (cathode plate) according to the present invention may be constructed of any electronic conductor that is chemically unreactive in a battery. For example, the current collector may be made of stainless steel, Ni, Al, Ti or C. The surface of the stainless steel may be C, Ni, Ti or Ag. Preferably, the cathodic current collector may be made of aluminum or an aluminum alloy, preferably of aluminum. The amount of cellulose binder may be in the range of 0.1-40% by weight, preferably 1-35% by weight, more preferably 5-25% by weight, based on the entire cathode composition. In this case, the complete cathode composition may comprise the cathode active material, a conductive material, and the cellulosic binder.
In einer weiteren Ausgestaltung der vorliegenden Erfindung wird eine Lithiumbatterieanode hergestellt unter Verwendung von anodenformenden Materialien und Cellulose.In another embodiment of the present invention, a lithium battery anode is fabricated using anode forming materials and cellulose.
Eine Anodenplatte kann hergestellt werden durch Lösen von natürlicher Cellulose in einer ionischen Flüssigkeit oder einer Mischung von ionischer Flüssigkeit und Wasser. Nach dem Lösen des Bindemittels werden das aktive Anodenmaterial und gegebenenfalls leitfähiges Material zugegeben, um durch Rühren die Anodenslurry herzustellen. Die Slurry wird dann auf eine Folie aufgetragen, wobei die Folie eine Metallfolie, eine elektrisch leitfähige Kunststofffolie oder eine mit Kohlenstoff beschichtete Metall- oder Kunststofffolie sein kann, bevorzugt ausgewählt aus der Gruppe bestehend aus einer Kupferfolie, einer Nickelfolie, einer Folie aus rostfreiem Stahl, einer mit Kohlenstoff beschichteten Kupferfolie, einer mit Kohlenstoff beschichteten Nickelfolie, einer mit Kohlenstoff beschichteten Folie aus rostfreiem Stahl. Die aufgetragene Slurry wird dann einem Phaseninversionsprozess unterworfen, unter Verwendung von Wasser als Co-Lösemittel, um die ionische Flüssigkeit aus der Anodenbeschichtung zu entfernen. Weiterhin sind in einer Variante der vorliegenden Erfindung alternativ zu oder zusammen mit Wasser als Co-Lösemittel C1-C5-Alkohole einsetzbar, bevorzugt ausgewählt aus der Gruppe bestehend aus Methanol, Ethanol, allen Isomere des Propanols, allen Isomeren des Butanols, allen Isomeren des Pentanols und Mischungen davon.An anode plate can be made by dissolving natural cellulose in an ionic liquid or a mixture of ionic liquid and water. After dissolution of the binder, the active anode material and optionally conductive material are added to produce the anode slurry by stirring. The slurry is then applied to a film, wherein the film may be a metal foil, an electrically conductive plastic film or a carbon-coated metal or plastic film, preferably selected from the group consisting of a copper foil, a nickel foil, a stainless steel foil, a carbon-coated copper foil, a carbon-coated nickel foil, a carbon-coated stainless steel foil. The applied slurry is then subjected to a phase inversion process using water as a cosolvent to remove the ionic liquid from the anode coating. Furthermore, in a variant of the present invention, C 1 -C 5 -alcohols can be used as an alternative to or together with water as co-solvent, preferably selected from the group consisting of methanol, ethanol, all isomers of propanol, all isomers of butanol, all isomers of pentanol and mixtures thereof.
Der Phaseninversionsprozess besteht darin, die beschichtete Anode in deionisiertes Wasser einzubringen. Dabei wird die beschichtete Elektrode in eine wässrige Phase eingetaucht, wobei die ionische Flüssigkeit aufgrund ihrer hohen Hydrophilie in das Wasser migriert.The phase inversion process consists of introducing the coated anode into deionized water. In this case, the coated electrode is immersed in an aqueous phase, wherein the ionic liquid migrates due to their high hydrophilicity in the water.
Dieser Prozess kann mehrfach wiederholt werden. Die ionische Flüssigkeit kann vollständig aus der wässrigen Lösung durch Filtration (um feste Partikel, die sich während des Phaseninversionsprozesses gebildet haben könnten, zu entfernen) und Verdampfen des Wassers, insbesondere durch einen Rotationsverdampfer, wiedergewonnen werden. Nach Entfernung der ionischen Flüssigkeit kann die beschichtete Anode getrocknet werden, um eine Anodenplatte zu bilden.This process can be repeated several times. The ionic liquid may be completely removed from the aqueous solution by filtration (to remove solid particles which may have formed during the phase inversion process) and evaporation of the water, in particular by a rotary evaporator, to be recovered. After removal of the ionic liquid, the coated anode may be dried to form an anode plate.
Insbesondere können die anodenformenden Materialien ein aktives Anodenmaterial umfassen, das ein kohlehaltiges Material und ein leitfähiges Material umfassen kann, aber nicht darauf limitiert ist. Als leitfähiges Material können alle dem Fachmann bekannten normalerweise in Batterien eingesetzten leitfähigen Materialien eingesetzt werden, bevorzugt auf Basis von Leitruß, Graphit oder Metallpulver oder -wisker, besonders bevorzugt ausgewählt aus der Gruppe bestehend aus Graphit, Nickel, Aluminium, Titan und Mischungen davon.In particular, the anode forming materials may include an active anode material that may include, but is not limited to, a carbonaceous material and a conductive material. As the conductive material, it is possible to use all conductive materials normally known to the person skilled in the art, preferably based on conductive carbon black, graphite or metal powder or wiskers, more preferably selected from the group consisting of graphite, nickel, aluminum, titanium and mixtures thereof.
Im Rahmen der vorliegenden Erfindung wird das aktive Anodenmaterial bevorzugt ausgewählt aus der Gruppe bestehend aus
- – kohlenstoffhaltigem Material, wie zum Beispiel natürlicher Graphit, künstlicher Graphit, Koks, Carbonfaser,
- – einem Element ausgesucht aus der Gruppe bestehend aus Al, Si, Sn, Ag, Bi, Mg, Zn, In, Ge, Pb, Ti, und Gemischen davon, welches eine Legierung mit Li bilden kann,
- – einer Verbindung enthaltend mindestens ein Element ausgewählt aus der Gruppe bestehend aus Al, Si, Sn, Ag, Bi, Mg, Zn, In, Ge, Pb, Ti und Gemischen davon, die eine Legierung mit Lithium bilden kann,
- – einer Kompositverbindung bestehend aus zwei oder mehr Elementen ausgewählt aus der Gruppe bestehend aus Al, Si, Sn, Ag, Bi, Mg, Zn, In, Ge, Pb, Ti, Kohlenstoff,
- – ein Lithium enthaltendes Nitrit,
- – ein Lithiumkompositoxid, bevorzugt der Formel LiwAxByCzOv worin A, B, C ausgewählt sind aus der Gruppe bestehend aus Al, Si, Sn, Ag, Bi, Mg, Zn, In, Ge, Pb, Ti und Mischungen, w, x, y, z = 0–1, x + y + z = 1 und v = 0–3,
- – ein Lithiumkompositvanadat bevorzugt der Formel LiwAxByCz(VO)4 worin A, B, C ausgewählt sind aus der Gruppe bestehend aus Al, Si, Sn, Ag, Bi, Mg, Zn, In, Ge, Pb, Ti und Mischungen, w, x, y, z = 0–1, x + y + z = 1,
- Carbonaceous material, such as natural graphite, artificial graphite, coke, carbon fiber,
- An element selected from the group consisting of Al, Si, Sn, Ag, Bi, Mg, Zn, In, Ge, Pb, Ti, and mixtures thereof which can form an alloy with Li,
- A compound containing at least one element selected from the group consisting of Al, Si, Sn, Ag, Bi, Mg, Zn, In, Ge, Pb, Ti and mixtures thereof which can form an alloy with lithium,
- A composite compound consisting of two or more elements selected from the group consisting of Al, Si, Sn, Ag, Bi, Mg, Zn, In, Ge, Pb, Ti, carbon,
- A lithium-containing nitrite,
- A lithium composite oxide, preferably of the formula Li w A x B y C z O v where A, B, C are selected from the group consisting of Al, Si, Sn, Ag, Bi, Mg, Zn, In, Ge, Pb, Ti and mixtures, w, x, y, z = 0-1, x + y + z = 1 and v = 0-3,
- A lithium composite vanadate preferably of the formula Li w A x B y C z (VO) 4 in which A, B, C are selected from the group consisting of Al, Si, Sn, Ag, Bi, Mg, Zn, In, Ge, Pb , Ti and mixtures, w, x, y, z = 0-1, x + y + z = 1,
Ein Lithiumbatterieanodenstromkollektor nach der vorliegenden Erfindung kann hergestellt sein aus jedem elektrischen Leiter, der chemisch nicht reaktiv ist in einer Batterie. Beispielsweise kann der Stromkollektor hergestellt sein aus rostfreiem Stahl, Ni, Cu, Ti oder C. Die Oberfläche des rostfreiem Stahls kann mit C, Ni, Ti oder Ag behaftet sein. Insbesondere kann der anodische Stromkollektor hergestellt sein aus Kupfer oder aus einer Kupferlegierung, insbesondere aus Kupfer. Die Menge des Cellulosebindemittels kann sich in dem Bereich von 0,1–40 Gew.-%, bevorzugt 1–35 Gew.-%, besonders bevorzugt 5–25 Gew.-%, bezogen auf die komplette Anodenzusammensetzung, bewegen. In diesem Zusammenhang kann die totale Anodenzusammensetzung beinhalten das aktive Anodenmaterial, ein leitfähiges Material und das Cellulosebindemittel.A lithium battery anode current collector according to the present invention may be made of any electrical conductor that is chemically unreactive in a battery. For example, the current collector may be made of stainless steel, Ni, Cu, Ti or C. The surface of the stainless steel may be C, Ni, Ti or Ag. In particular, the anodic current collector can be made of copper or of a copper alloy, in particular of copper. The amount of cellulose binder may be in the range of 0.1-40% by weight, preferably 1-35% by weight, more preferably 5-25% by weight, based on the total anode composition. In this context, the total anode composition may include the active anode material, a conductive material, and the cellulosic binder.
Insbesondere kann das Lösemittel für die Cellulose im Rahmen der vorliegenden Erfindung 1-Ethyl-3-Methylimidazoliumacetat sein (im Rahmen der vorliegenden Erfindung auch abgekürzt als EMIAc), ist jedoch nicht darauf beschränkt. Weitere zu diesem Zweck verwendbare ionische Flüssigkeiten sind insbesondere EMI+H2PO2 – sowie sämtliche 1-Alkyl-3-Methylimidazoliumacetat-Verbindungen. Beispiele in einer Variante der vorliegenden Erfindung verwendbarer Verbindungen finden sich in
Im folgenden wird ein Verfahren zur Herstellung einer Lithiumbatterie nach der vorliegenden Erfindung beschrieben.The following describes a method of manufacturing a lithium battery according to the present invention.
Das Lithiumsalz, das in der erfindungsgemäßen Lithiumbatterie eingesetzt wird, kann aus jeder beliebigen Lithiumverbindung bestehen, die sich in organischen Lösungsmitteln unter Bildung von Lithiumionen löst. Die Lithiumverbindung wird im Rahmen der vorliegenden Erfindung bevorzugt ausgewählt aus der Gruppe bestehend aus Lithiumperchlorat (LiClO4), Lithiumtetrafluoroborat (LiBF4), Lithiumhexafluorophosphat (LiPF6), Lithiumtrifluoromethansulfonat (LiCF3SO3), Lithium-bis(trifluoromethansulfonyl)amid (LiN(CF3SO2)2) und Gemischen davon. Die Konzentration des Lithiumsalzes kann sich im Rahmen der vorliegenden Erfindung in einem Bereich von 0,5–2 mol pro Liter bewegen. Wenn die Konzentration des Lithiumsalzes sich außerhalb dieses Bereiches bewegt, kann die ionische Leitfähigkeit unerwünscht niedrig sein. Eine organische Elektrolytlösung enthaltend solche anorganischen Salze kann als ein Pfad funktionieren, durch den Lithiumionen in einer Stromflussrichtung fließen.The lithium salt used in the lithium battery of the present invention may be any lithium compound which dissolves in organic solvents to form lithium ions. In the context of the present invention, the lithium compound is preferably selected from the group consisting of lithium perchlorate (LiClO 4 ), lithium tetrafluoroborate (LiBF 4 ), lithium hexafluorophosphate (LiPF 6 ), lithium trifluoromethanesulfonate (LiCF 3 SO 3 ), lithium bis (trifluoromethanesulfonyl) amide (LiN (CF 3 SO 2 ) 2 ) and mixtures thereof. The concentration of the lithium salt can be within the scope of the present invention in a range of 0.5 to 2 mol per liter. If the concentration of the lithium salt moves outside this range, the ionic conductivity may be undesirably low. An organic electrolytic solution containing such inorganic salts may function as a path through which lithium ions flow in a current flow direction.
Das organische Lösungsmittel für eine im Rahmen der vorliegenden Erfindung geeignete Elektrolytlösung kann bevorzugt ausgewählt werden aus der Gruppe bestehend aus Polyglykolethern, Oxolanen, Carbonaten, 2-Fluorobenzen, 3-Fluorobenzen, 4-Fluorobenzen, Dimethoxyethan, Diethoxyethan oder Gemischen davon. Die Polyglykolether können ausgewählt sein aus der Gruppe bestehend aus Diethylenglykoldimethylether (C3(OCH2CH2)2OCH3), Diethylenglykoldiethylether (C2H5(OCH2CH2)2OC2H5), Triethylenglykoldimethylether (CH3(OCH2CH2)3OCH3), Triethylenglykoldiethylether (C2H5(OCH2CH2)3OC2H5) und Gemischen davon. Die Dioxolane können ausgewählt sein aus der Gruppe bestehend aus 1,3-Dioxolan, 4,5-Diethyldioxolan, 4,5-Dimethyldioxolan, 4-Methyl-1,3-Dioxolan, 4-Ethyl-1,3-Dioxolan und Gemischen davon. Die Carbonate können ausgewählt sein aus der Gruppe bestehend aus Methylencarbonat, Ethylencarbonat, Diethylcarbonat, Dimethylcarbonat, Gamma-Butyrolacton, Propylencarbonat, Dimethylcarbonat, Methylethylcarbonat, Diethylcarbonat, Vinylencarbonat und Gemischen davon. Das organische Lösungsmittel kann in einer Variante der vorliegenden Erfindung eine Mischung von Ethylencarbonat (EC) und Dimethylcarbonat (DMC) sein. In einer Variante der vorliegenden Erfindung kann die Menge des verwendeten Lösemittels der Menge entsprechen, die in einer konventionellen Lithiumbatterie verwendet wird, bevorzugt beträgt die Konzentration des Lithiumsalzes 0.5 bis 2.0 mol/l Lösemittel.The organic solvent for an electrolytic solution useful in the present invention may preferably be selected from the group consisting of polyglycol ethers, oxolanes, carbonates, 2-fluorobenzene, 3-fluorobenzene, 4-fluorobenzene, dimethoxyethane, diethoxyethane, or mixtures thereof. The polyglycol ethers may be selected from the group consisting of diethylene glycol dimethyl ether (C 3 (OCH 2 CH 2 ) 2 OCH 3 ), diethylene glycol diethyl ether (C 2 H 5 (OCH 2 CH 2 ) 2 OC 2 H 5 ), triethylene glycol dimethyl ether (CH 3 (OCH 2 CH 2 ) 3 OCH 3 ), triethylene glycol diethyl ether (C 2 H 5 (OCH 2 CH 2 ) 3 OC 2 H 5 ) and mixtures thereof. The dioxolanes may be selected from the group consisting of 1,3-dioxolane, 4,5-diethyldioxolane, 4,5-dimethyldioxolane, 4-methyl-1,3-dioxolane, 4-ethyl-1,3-dioxolane and mixtures thereof. The carbonates may be selected from the group consisting of methylene carbonate, ethylene carbonate, diethyl carbonate, dimethyl carbonate, gamma-butyrolactone, propylene carbonate, dimethyl carbonate, methyl ethyl carbonate, diethyl carbonate, vinylene carbonate, and mixtures thereof. The organic solvent in a variant of the present invention may be a mixture of ethylene carbonate (EC) and dimethyl carbonate (DMC). In a variant of the present invention, the amount of the solvent used may correspond to the amount used in a conventional lithium battery, preferably the concentration of the lithium salt is 0.5 to 2.0 mol / l of solvent.
Der Separator kann im Rahmen der Erfindung aus jedem üblichen Separator bestehen, der üblicherweise in Lithiumbatterien verwendet wird. Der Separator soll einen geringeren Widerstand gegen die Migration von Ionen in dem Elektrolyt aufweisen und eine hohe Elektrolyt-zurückhaltende Kapazität haben. Der Separator kann zum Beispiel ausgewählt werden aus der Gruppe bestehend aus Glasfasern, Polyester, Polyethylen, Polypropylen, Polytetrafluorethylen, Carboxymethylcellulose oder einer Kombination aus diesen Materialien, die in gewebter oder Vlies-Form vorliegen kann. Insbesondere kann der Separator aufgebaut sein aus einer porösen Membran aus Polyethylen und/oder Polypropylen, die gegenüber organischem Lösungsmittel wenig reaktiv ist.The separator may in the context of the invention consist of any conventional separator, which is commonly used in lithium batteries. The separator is said to have less resistance against the migration of ions in the electrolyte and to have a high electrolyte-retaining capacity. For example, the separator may be selected from the group consisting of glass fibers, polyester, polyethylene, polypropylene, polytetrafluoroethylene, carboxymethyl cellulose, or a combination of these materials which may be in a woven or nonwoven form. In particular, the separator may be constructed of a porous membrane of polyethylene and / or polypropylene, which is less reactive to organic solvent.
Der Separator kann auch ein Polyelektrolyt sein, der in beliebiger Art und Weise auf eine oder beide Elektroden aufgetragen wird, bevor die Batterie zusammengesetzt wird. Insbesondere besteht der Polyelektrolyt aus einem matrixformenden Polymerharz, dass normalerweise als Bindemittel für eine Elektrodenplatte eingesetzt wird. Beispielsweise kann das matrixformende Polymerharz aufgebaut sein aus Carboxymethylcellulose, Vinylidenfluorid/Hexafluoropropylen-Copolymer, Polyvinylidenfluorid, Polyacrylonitril, Polymethylmethacrylat, Polyethylenoxid und jeder beliebigen Kombination dieser Materialien.The separator may also be a polyelectrolyte which is applied in any manner to one or both electrodes before the battery is assembled. In particular, the polyelectrolyte consists of a matrix-forming polymer resin that is normally used as a binder for an electrode plate. For example, the matrix-forming polymer resin may be composed of carboxymethyl cellulose, vinylidene fluoride / hexafluoropropylene copolymer, polyvinylidene fluoride, polyacrylonitrile, polymethyl methacrylate, polyethylene oxide, and any combination of these materials.
Das matrixformende Polymerharz kann weiterhin einen Füllstoff enthalten, um die mechanische Stärke des Polymerelektrolyten zu erhöhen. Der Füllstoff kann bevorzugt bestehen aus Siliziumdioxid, Kaolin oder Aluminium. Weiterhin kann das matrixformende Polymerharz einen üblichen Weichmacher enthalten, falls dies erwünscht ist.The matrix-forming polymer resin may further contain a filler to increase the mechanical strength of the polymer electrolyte. The filler may preferably consist of silicon dioxide, kaolin or aluminum. Furthermore, the matrix-forming polymer resin may contain a common plasticizer, if desired.
Die gemäß der vorliegenden Erfindung einsetzbaren Elektroden (Anoden, Kathoden) können Verwendung finden in üblichen Lithiumbatterien, wie Primärbatterien, Sekundärbatterien und Schwefelbatterien. Die Elektroden gemäß der vorliegenden Erfindung kann verwendet werden in beliebig geformten Lithiumbatterien, z. B. zylindrischen, rechteckigen, scheibenförmigen oder anderen Bauformen, ist aber nicht darauf beschränkt.The electrodes (anodes, cathodes) usable according to the present invention can be used in conventional lithium batteries such as primary batteries, secondary batteries and sulfur batteries. The electrodes according to the present invention can be used in arbitrarily shaped lithium batteries, e.g. As cylindrical, rectangular, disc-shaped or other designs, but is not limited thereto.
Die vorliegende Erfindung ermöglicht ein umweltfreundliches, kostengünstiges Herstellungsverfahren zur Produktion von Batteriekomponenten (Kathoden, Anoden) unter Verwendung von natürlicher Cellulose als Bindemittel. Eine Lithiumionensekundärbatterie hergestellt unter Verwendung dieser Komponenten zeigt im Vergleich zu einer entsprechenden Batterie hergestellt unter Verwendung von synthetischen Bindemitteln wie PVdF oder CMC herausragende Performance. Im Rahmen der vorliegenden Erfindung werden umweltschädliche organische Lösungsmittel und Verfahren die in konventioneller Lithiumbatterieherstellung angewandt werden, ersetzt durch nicht flüchtige vollständig zurückgewinnbare ionische Flüssigkeiten und umweltfreundliches Wasser ersetzt.The present invention enables an environmentally friendly, inexpensive manufacturing process for the production of battery components (cathodes, anodes) using natural cellulose as a binder. A lithium-ion secondary battery manufactured using these components exhibits excellent performance compared to a corresponding battery made using synthetic binders such as PVdF or CMC. In the present invention, environmentally-damaging organic solvents and processes used in conventional lithium battery manufacturing are replaced by non-volatile, fully recoverable ionic liquids and environmentally friendly water.
Eine im Rahmen der vorliegenden Erfindung hergestellte Lithiumbatterie kann demgemäß breite Anwendung finden als Stromquelle für tragbare elektronische Geräte wie zum Beispiel Mobiltelefone, PDA und Notebook Computer, wie auch für elektrische Fahrzeuge.Accordingly, a lithium battery produced by the present invention can be widely used as a power source for portable electronic devices such as cellular phones, PDAs and notebook computers, as well as electric vehicles.
Zusätzlich garantiert die Verwendung der Lithiumbatterie Sicherheit und ein langes Leben der Geräte.In addition, the use of the lithium battery guarantees safety and a long life of the devices.
Im Rahmen der vorliegenden Erfindung wurde für an sich bekannte sekundäre Batterien, die die bekannten Bestandteile von Lithium-Ionen-Zeilen besitzen, ein neues Bindemittel gefunden. Das alleinige Bindemittel für die bekannten pulverförmigen Elektrodenmischungen (bestehend aus den bekannten aktiven Materialien für Kathoden und Anoden sowie Leitfähigkeitsverbesserern und zur Anbindung an bekannte Trägermaterialien), die in bekannten Zellengestaltungen mit bekannten Separatormaterialien und bekannten Elektrolyten eingesetzt werden, besteht aus Cellulose und/oder Cellulosederivaten, die ausschließlich in ionischen Flüssigkeiten löslich sind, bevorzugt Cellulose, insbesondere bevorzugt natürlicher Cellulose, die in bekannter Weise in einer ionischen Flüssigkeit gelöst werden. Mit diesen Lösungen wird eine Elektrodenpaste hergestellt und auf ein Trägermaterial aufgebracht. An Stelle des herkömmlichen Abdampfens des organischen Lösemittels erfolgt jedoch die Entfernung der ionischen Flüssigkeit durch die Phaseninversion aus den Elektroden.In the context of the present invention, a new binder has been found for per se known secondary batteries which have the known constituents of lithium-ion lines. The sole binder for the known powdery electrode mixtures (consisting of the known active materials for cathodes and anodes as well as conductivity improvers and for binding to known support materials), which are used in known cell designs with known separator materials and known electrolytes, consists of cellulose and / or cellulose derivatives, which are soluble only in ionic liquids, preferably cellulose, particularly preferably natural cellulose, which are dissolved in a known manner in an ionic liquid. With these solutions, an electrode paste is prepared and applied to a substrate. However, instead of the conventional evaporation of the organic solvent, the removal of the ionic liquid by the phase inversion from the electrodes takes place.
Die verschiedenen Ausgestaltungen der vorliegenden Erfindung, z. B. aber nicht ausschließlich diejenigen der verschiedenen abhängigen Ansprüche, können dabei in beliebiger Art und Weise miteinander kombiniert werden.The various embodiments of the present invention, e.g. But not exclusively those of the various dependent ones Claims, can be combined with each other in any way.
Die Erfindung wird nun unter Bezugnahme auf die folgenden nicht-limitierenden Beispiele erläutert.The invention will now be elucidated with reference to the following non-limiting examples.
Beispiele:Examples:
Beispiel 1:Example 1:
Das folgende Beispiel betrifft ein Verfahren zur Produktion einer Lithiumbatteriekathode gemäß der vorliegenden Erfindung. 0,04 g Cellulose wurden gelöst in 1,56 g EMIAc (BASF). 1,0 g LiFePO4 (Süd Chemie) und 0,107 g leitfähiger Kohlenstoff (Leitruß) Ketjen Black (AKZO Nobel) wurden zu der Celluloselösung in EMIAc gegeben. Diese Mischung wurde gerührt und eine homogene Slurry entstand. Diese Slurry wurde auf Aluminiumfolie aufgerakelt. Die aufgetragene Slurrydicke wurde auf 0,05 mm eingestellt, und die Auftraggeschwindigkeit auf 100 mm pro Sekunde. Eine beschichtete Fläche von 200 cm2 wurde erhalten. Die beschichtete Aluminiumfolie wurde in Wasser eingetragen und für 30 Minuten dort belassen, um EMIAc zu extrahieren. Danach wurde die Aluminiumfolie an Luft für 2 Stunden bei 20°C und dann bei 60°C für 6 Stunden getrocknet, um die Kathodenplatte zu erhalten. Die wässrige Lösung wurde filtriert und das Wasser verdampft, um das EMIAc vollständig zurückzuerhalten.The following example relates to a method of producing a lithium battery cathode according to the present invention. 0.04 g of cellulose was dissolved in 1.56 g of EMIAc (BASF). 1.0 g of LiFePO 4 (Süd Chemie) and 0.107 g of conductive carbon (carbon black) Ketjen Black (AKZO Nobel) were added to the cellulose solution in EMIAc. This mixture was stirred and a homogeneous slurry was formed. This slurry was knife-coated on aluminum foil. The applied slurry thickness was set to 0.05 mm and the application speed to 100 mm per second. A coated area of 200 cm 2 was obtained. The coated aluminum foil was placed in water and left there for 30 minutes to extract EMIAc. Thereafter, the aluminum foil was dried in air for 2 hours at 20 ° C and then at 60 ° C for 6 hours to obtain the cathode plate. The aqueous solution was filtered and the water evaporated to completely recover the EMIAc.
Beispiel 2:Example 2:
Das folgende Beispiel zeigt ein Verfahren zur Produktion einer Lithiumbatterieanode gemäß der vorliegenden Erfindung. Cellulose wurde verwendet als Bindemittel. 0,05 g Cellulose wurden gelöst in 1,95 g EMIAc. 1,0 g Graphit SLP30 (TiMCAL) als aktive Anodenmaterial und 0,05 g leitfähiger Kohlenstoff (Leitruß) Super P (TIMCAL) wurden zu der Celluloselösung in EMIAc gegeben. Diese Mischung wurde gerührt und es entstand eine homogene Slurry. Diese Slurry wurde auf eine Kupferfolie mittels Rakel aufgetragen. Die aufgetragene Slurrydicke wurde auf 0,05 mm eingestellt und die Auftraggeschwindigkeit auf 100 mm pro Sekunde Es wurde eine beschichtete Fläche von 200 cm2 erhalten. Die beschichtete Folie wurde in Wasser eingebracht und dort für 30 Minuten gehalten, um das EMIAc zu extrahieren. Danach wurde die Folie an Luft für 2 Stunden bei 20°C und für 6 Stunden bei 60°C getrocknet, um die Anodenplatte zu erhalten. Die wässrige Lösung wurde filtriert, das Wasser verdampft und das EMIAc vollständig zurückgewonnen.The following example shows a method of producing a lithium battery anode according to the present invention. Cellulose was used as a binder. 0.05 g of cellulose was dissolved in 1.95 g of EMIAc. 1.0 g of graphite SLP30 (TiMCAL) as the active anode material and 0.05 g of conductive carbon (conductive soot) Super P (TIMCAL) were added to the cellulose solution in EMIAc. This mixture was stirred and a homogeneous slurry was formed. This slurry was applied to a copper foil by means of a doctor blade. The coated slurry thickness was set to 0.05 mm and the application speed to 100 mm per second. A coated area of 200 cm 2 was obtained. The coated film was placed in water and held there for 30 minutes to extract the EMIAc. Thereafter, the film was dried in air for 2 hours at 20 ° C and for 6 hours at 60 ° C to obtain the anode plate. The aqueous solution was filtered, the water evaporated and the EMIAc completely recovered.
Beispiel 3:Example 3:
Das folgende Beispiel zeigt ein Verfahren zur Produktion einer Lithiummetallbatterie unter Verwendung der cellulosebasierten Kathode gemäß der vorliegenden Erfindung. Eine Kathodenscheibe (12 mm Durchmesser, ebenfalls genannt Kathodenplatte) wurde aus der Kathodenfolie, hergestellt wie in Beispiel 1, herausgeschnitten. Eine Lithiummetallanode wurde aus einer kommerziellen Lithiumfolie (Chemetall) herausgeschnitten. Eine 12 mm nicht-gewebte Glasfaserscheibe (Whatman) wurde als Separator verwendet. Der Separator wurde zwischen der Kathodenplatte und der Anodenplatte (Lithium) angeordnet. Der Elektrodenaufbau wurde in ein T-förmiges Batteriegehäuse eingesetzt, daraufhin wurde eine nicht-wässrige elektrolytische Lösung eingespritzt und dann das Gehäuse versiegelt, um eine Lithiumionen-Sekundärbatterie zu erhalten. Die nicht-wässrige elektrolytische Lösung bestand aus einer einmolaren Lösung von LiPF6 gelöst in einem Gemisch aus Ethylencarbonat (EC) und Dimethylcarbonat (DMC) in einem Verhältnis von 50:50 nach Gewicht.The following example shows a method of producing a lithium metal battery using the cellulose-based cathode according to the present invention. A cathode disc (12 mm diameter, also called cathode plate) was cut out of the cathode foil, prepared as in Example 1. A lithium metal anode was cut out of a commercial lithium foil (Chemetall). A 12 mm non-woven glass fiber disk (Whatman) was used as a separator. The separator was placed between the cathode plate and the anode plate (lithium). The electrode assembly was inserted into a T-shaped battery case, then a nonaqueous electrolytic solution was injected, and then the package was sealed to obtain a lithium ion secondary battery. The nonaqueous electrolytic solution consisted of a one molar solution of LiPF 6 dissolved in a mixture of ethylene carbonate (EC) and dimethyl carbonate (DMC) in a ratio of 50:50 by weight.
Beispiel 4:Example 4:
Das folgende Beispiel zeigt ein Verfahren zur Produktion einer Lithiumionenbatterie unter Verwendung der Batteriekomponenten der vorliegenden Erfindung, die erhalten wurden wie in Beispielen 1 und 2 beschrieben. Eine Kathodenscheibe (12 mm Durchmesser, auch Kathodenplatte genannt) wurde aus der Kathodenfolie geschnitten, wie sie in Beispiel 1 beschrieben wurde. Analog dazu wurde die Anodenplatte aus einer Anodenfolie, wie sie in Beispiel 2 beschrieben ist, herausgeschnitten. Beide Elektroden wurden in einem Ofen bei 90°C für 10 Stunden getrocknet. Eine 12 mm nicht-gewebte Glasfaserscheibe (Whatman) wurde als Separator verwendet. Der Separator wurde zwischen die Kathodenplatte und die Anodenplatte gesetzt. Die Elektrodenanordnung wurde in ein T-förmiges Batteriegehäuse eingesetzt, woraufhin eine nicht-wässrige Elektrolytlösung injiziert wurde und dann versiegelt, um einen Lithiumionen-Sekundarbatterie-Prototypen zu erhalten. Die nicht-wässrige elektrolytische Lösung bestand aus einer einmolaren Lösung von LiPF6 gelöst in einem Gemisch aus Ethylencarbonat (EC) und Dimethylcarbonat (DMC) in einem Gewichtsverhältnis von 50:50.The following example shows a method of producing a lithium ion battery using the battery components of the present invention obtained as described in Examples 1 and 2. A cathode disk (12 mm diameter, also called cathode disk) was cut out of the cathode film as described in Example 1. Analogously, the anode plate of an anode foil, as in Example 2 described, cut out. Both electrodes were dried in an oven at 90 ° C for 10 hours. A 12 mm non-woven glass fiber disk (Whatman) was used as a separator. The separator was placed between the cathode plate and the anode plate. The electrode assembly was inserted into a T-shaped battery case, whereupon a nonaqueous electrolytic solution was injected and then sealed to obtain a lithium ion secondary battery prototype. The nonaqueous electrolytic solution consisted of a one molar solution of LiPF 6 dissolved in a mixture of ethylene carbonate (EC) and dimethyl carbonate (DMC) in a weight ratio of 50:50.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG QUOTES INCLUDE IN THE DESCRIPTION
Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.This list of the documents listed by the applicant has been generated automatically and is included solely for the better information of the reader. The list is not part of the German patent or utility model application. The DPMA assumes no liability for any errors or omissions.
Zitierte PatentliteraturCited patent literature
- US 5837015 [0003] US 5837015 [0003]
- US 5635151 [0003] US 5635151 [0003]
- JP 05-074461 [0006] JP 05-074461 [0006]
- US 2005074669 A1 [0006] US 2005074669 A1 [0006]
- DE 102008041477 A1 [0021] DE 102008041477 A1 [0021]
- DE 102005017715 A1 [0034] DE 102005017715 A1 [0034]
- DE 102005062608 A1 [0034] DE 102005062608 A1 [0034]
- DE 102006042892 A1 [0034] DE 102006042892 A1 [0034]
- WO 2008/119770 A1 [0034] WO 2008/119770 A1 [0034]
Zitierte Nicht-PatentliteraturCited non-patent literature
- Du Pasquier et al., 2000, Solid State Ionics 135, 249–257 [0021] Du Pasquier et al., 2000, Solid State Ionics 135, 249-257 [0021]
- Science and Technology of Lithium batteries, Kluwer Academic Publishers 311, Chapter 11 von M. Pasquali, S. Passerini und G. Pistoia [0025] Science and Technology of Lithium batteries, Kluwer Academic Publishers 311, Chapter 11 by M. Pasquali, S. Passerini and G. Pistoia. [0025]
Claims (8)
Priority Applications (7)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| DE102010061485A DE102010061485A1 (en) | 2010-12-22 | 2010-12-22 | Electrodes for lithium batteries |
| CN201180068153.4A CN103534850A (en) | 2010-12-22 | 2011-12-20 | Electrodes for lithium batteries |
| KR1020137019118A KR20140040092A (en) | 2010-12-22 | 2011-12-20 | Electrodes for lithium batteries |
| PCT/EP2011/073312 WO2012084878A1 (en) | 2010-12-22 | 2011-12-20 | Electrodes for lithium batteries |
| EP11824260.1A EP2656418A1 (en) | 2010-12-22 | 2011-12-20 | Electrodes for lithium batteries |
| JP2013545287A JP2014503967A (en) | 2010-12-22 | 2011-12-20 | Lithium battery electrode |
| US13/993,753 US20130327249A1 (en) | 2010-12-22 | 2011-12-20 | Electrodes for lithium batteries |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| DE102010061485A DE102010061485A1 (en) | 2010-12-22 | 2010-12-22 | Electrodes for lithium batteries |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| DE102010061485A1 true DE102010061485A1 (en) | 2012-06-28 |
Family
ID=45811448
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| DE102010061485A Withdrawn DE102010061485A1 (en) | 2010-12-22 | 2010-12-22 | Electrodes for lithium batteries |
Country Status (7)
| Country | Link |
|---|---|
| US (1) | US20130327249A1 (en) |
| EP (1) | EP2656418A1 (en) |
| JP (1) | JP2014503967A (en) |
| KR (1) | KR20140040092A (en) |
| CN (1) | CN103534850A (en) |
| DE (1) | DE102010061485A1 (en) |
| WO (1) | WO2012084878A1 (en) |
Families Citing this family (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| DE102013111853A1 (en) | 2013-10-28 | 2015-04-30 | Rockwood Lithium GmbH | Carbon-coated lithium sulfide |
| WO2017083822A1 (en) * | 2015-11-13 | 2017-05-18 | Massachusetts Institute Of Technology | Methods and apparatus for controlling electrodeposition using surface charge properties |
| US11251430B2 (en) | 2018-03-05 | 2022-02-15 | The Research Foundation For The State University Of New York | ϵ-VOPO4 cathode for lithium ion batteries |
| US20190288272A1 (en) * | 2018-03-17 | 2019-09-19 | Jingzeng Zhang | Method of making active electrode and ceramic separator in battery |
| KR20230044783A (en) * | 2021-09-27 | 2023-04-04 | 주식회사 엘지에너지솔루션 | Apparatus for coating electrode and manufacturing method of electrode using the same |
Citations (9)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPH0574461A (en) | 1991-09-13 | 1993-03-26 | Asahi Chem Ind Co Ltd | Secondary battery negative electrode |
| US5635151A (en) | 1995-11-22 | 1997-06-03 | Motorola, Inc. | Carbon electrode materials for lithium battery cells and method of making same |
| US5837015A (en) | 1997-09-26 | 1998-11-17 | Motorola, Inc. | Method of making a multilayered gel electrolyte bonded rechargeable electrochemical cell |
| US20050074669A1 (en) | 2003-10-01 | 2005-04-07 | Jin-Hwan Park | Carboxymethyl cellulose-based binder material and lithium battery using the same |
| DE102005017715A1 (en) | 2005-04-15 | 2006-10-19 | Basf Ag | Solution, useful for physical or chemical treatment of cellulose, comprises cellulose and an ionic liquid containing anions and cations as solvent, where the cation exhibits nitrogen, oxygen, sulfur and phosphorus atoms in protonated form |
| DE102005062608A1 (en) | 2005-12-23 | 2007-07-05 | Basf Ag | Solution system based on molten ionic liquid e.g. imidazolium salt for dissolving carbohydrate e.g. starch, cellulose or derivative and regeneration e.g. for fiber production also contains water and/or other protic solvent |
| DE102006042892A1 (en) | 2006-09-09 | 2008-03-27 | Basf Ag | Acylation of polysaccharide, e.g. to make cellulose acetate for applications in textiles, food, building and paints, involves making a solution of cellulose in an organic ionic liquid and reacting with acylating agent |
| WO2008119770A1 (en) | 2007-03-30 | 2008-10-09 | Basf Se | Method for modifying the structure of a cellulose material by treatment with an ionic liquid |
| DE102008041477A1 (en) | 2008-08-22 | 2010-02-25 | Wacker Chemie Ag | Porous membranes of organopolysiloxane copolymers |
Family Cites Families (8)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US4358517A (en) * | 1979-10-30 | 1982-11-09 | General Motors Corporation | Nickel-zinc cell |
| EP0762521B1 (en) * | 1995-09-06 | 1999-03-10 | Fuji Photo Film Co., Ltd. | Lithium ion secondary battery |
| JP2000100439A (en) * | 1998-09-24 | 2000-04-07 | Daicel Chem Ind Ltd | Binder, laminated body and lithium secondary battery using it |
| CN100438142C (en) * | 2001-09-26 | 2008-11-26 | 三星Sdi株式会社 | Electrode material, method for preparing electrode material, electrode and battery comprising said electrode |
| US20080212261A1 (en) * | 2006-07-05 | 2008-09-04 | Rensselaer Polytechnic Institute | Energy storage devices and composite articles associated with the same |
| JP2008050595A (en) * | 2006-07-27 | 2008-03-06 | Sanyo Chem Ind Ltd | Dissolution solvent for cellulose compounds and method for dissolving cellulose compounds |
| KR20120007024A (en) * | 2009-04-03 | 2012-01-19 | 바스프 에스이 | Electroactive material, and use thereof in anodes for lithium-ion cells |
| CN101662022B (en) * | 2009-09-24 | 2013-02-06 | 无锡欧力达新能源电力科技有限公司 | Nano coating of negative electrode materials and preparation method of secondary aluminium cell using negative electrode materials |
-
2010
- 2010-12-22 DE DE102010061485A patent/DE102010061485A1/en not_active Withdrawn
-
2011
- 2011-12-20 WO PCT/EP2011/073312 patent/WO2012084878A1/en active Application Filing
- 2011-12-20 US US13/993,753 patent/US20130327249A1/en not_active Abandoned
- 2011-12-20 KR KR1020137019118A patent/KR20140040092A/en not_active Application Discontinuation
- 2011-12-20 EP EP11824260.1A patent/EP2656418A1/en not_active Withdrawn
- 2011-12-20 JP JP2013545287A patent/JP2014503967A/en active Pending
- 2011-12-20 CN CN201180068153.4A patent/CN103534850A/en active Pending
Patent Citations (9)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPH0574461A (en) | 1991-09-13 | 1993-03-26 | Asahi Chem Ind Co Ltd | Secondary battery negative electrode |
| US5635151A (en) | 1995-11-22 | 1997-06-03 | Motorola, Inc. | Carbon electrode materials for lithium battery cells and method of making same |
| US5837015A (en) | 1997-09-26 | 1998-11-17 | Motorola, Inc. | Method of making a multilayered gel electrolyte bonded rechargeable electrochemical cell |
| US20050074669A1 (en) | 2003-10-01 | 2005-04-07 | Jin-Hwan Park | Carboxymethyl cellulose-based binder material and lithium battery using the same |
| DE102005017715A1 (en) | 2005-04-15 | 2006-10-19 | Basf Ag | Solution, useful for physical or chemical treatment of cellulose, comprises cellulose and an ionic liquid containing anions and cations as solvent, where the cation exhibits nitrogen, oxygen, sulfur and phosphorus atoms in protonated form |
| DE102005062608A1 (en) | 2005-12-23 | 2007-07-05 | Basf Ag | Solution system based on molten ionic liquid e.g. imidazolium salt for dissolving carbohydrate e.g. starch, cellulose or derivative and regeneration e.g. for fiber production also contains water and/or other protic solvent |
| DE102006042892A1 (en) | 2006-09-09 | 2008-03-27 | Basf Ag | Acylation of polysaccharide, e.g. to make cellulose acetate for applications in textiles, food, building and paints, involves making a solution of cellulose in an organic ionic liquid and reacting with acylating agent |
| WO2008119770A1 (en) | 2007-03-30 | 2008-10-09 | Basf Se | Method for modifying the structure of a cellulose material by treatment with an ionic liquid |
| DE102008041477A1 (en) | 2008-08-22 | 2010-02-25 | Wacker Chemie Ag | Porous membranes of organopolysiloxane copolymers |
Non-Patent Citations (2)
| Title |
|---|
| Du Pasquier et al., 2000, Solid State Ionics 135, 249-257 |
| Science and Technology of Lithium batteries, Kluwer Academic Publishers 311, Chapter 11 von M. Pasquali, S. Passerini und G. Pistoia |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| US20130327249A1 (en) | 2013-12-12 |
| KR20140040092A (en) | 2014-04-02 |
| CN103534850A (en) | 2014-01-22 |
| EP2656418A1 (en) | 2013-10-30 |
| JP2014503967A (en) | 2014-02-13 |
| WO2012084878A1 (en) | 2012-06-28 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| DE102015121342B4 (en) | ELECTROLYTE, NEGATIVE ELECTRODE STRUCTURE AND METHOD FOR PRODUCING A SOLID ELECTROLYTE INTERFACE LAYER ON A SURFACE OF A LITHIUM ELECTRODE | |
| DE60029171T2 (en) | Negative electrode for non-aqueous electrolyte rechargeable batteries | |
| DE102015121310A1 (en) | ELECTROLYTE AND NEGATIVE ELECTRODE STRUCTURE | |
| DE102015119522A1 (en) | A method of forming a solid electrolyte interface layer on a surface of an electrode | |
| EP2769427B1 (en) | Active material for batteries | |
| CN102195087B (en) | Non-aqueous electrolyte combination and nonaqueous electrolyte battery | |
| CN106067544A (en) | Complex for negative active core-shell material, the negative pole containing complex, include the lithium secondary battery of negative pole and prepare the method for complex | |
| DE102014202180A1 (en) | Electrolyte compositions for lithium-sulfur batteries | |
| KR20140120751A (en) | Negative electrode active material and method of manufacturing the same, and electrochemical device having the negative electrode active material | |
| DE102016216267A1 (en) | Chemical lithiation of electrode active material | |
| DE112016006881T5 (en) | SILICON-BASED COMPOSITE WITH THREE-DIMENSIONAL BONDING NETWORK FOR LITHIUM-ION BATTERIES | |
| EP2656418A1 (en) | Electrodes for lithium batteries | |
| KR20180117483A (en) | Negative electrode for lithium secondary battery, lithium secondary battery comprising the same, and preparing method thereof | |
| DE102022105096A1 (en) | PRELITHIATED NEGATIVE ELECTRODES WITH LI-SI ALLOY COMPOSITE PARTICLES AND PROCESS FOR THEIR MANUFACTURE | |
| DE102013209982B4 (en) | Alkaline metal-sulphur battery and method of operating it | |
| DE102022105205A1 (en) | Prelithiated negative electrodes with Li-Si alloy particles and method of making them | |
| DE112016006858T5 (en) | Silicon-based composite material with three-dimensional bonding network for lithium-ion batteries | |
| DE69803024T2 (en) | Non-aqueous secondary battery | |
| KR102700981B1 (en) | Binder composition for manufacturing positive electrode of lithium secondary battery, and positive electrode of lithium secondary battery manufactured thereby | |
| DE102019206131A1 (en) | Electrode and battery cell having an electrode | |
| DE102016217709A1 (en) | Hybrid supercapacitor with SEI additives | |
| DE102022105956A1 (en) | METHOD OF PREPARING AN ELECTRODE SLURRY FOR A SECONDARY BATTERY AND AN ELECTRODE CONTAINING THEM | |
| DE102014207882A1 (en) | New coating of silicon particles for lithium-ion batteries for improved cycle stability | |
| DE102019206133A1 (en) | Solid electrolyte layer and battery cell having a solid electrolyte layer | |
| DE102016221472A1 (en) | LITHIUM ION BATTERY WITH IMPROVED POWER AND PERFORMANCE DENSITY |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| R082 | Change of representative |
Representative=s name: DRES. FITZNER UND PARTNER RECHTS- UND PATENTAN, DE |
|
| R081 | Change of applicant/patentee |
Owner name: EVONIK LITARION GMBH, DE Free format text: FORMER OWNER: CHEMETALL GMBH, 60487 FRANKFURT, DE Effective date: 20130109 Owner name: ROCKWOOD LITHIUM GMBH, DE Free format text: FORMER OWNER: CHEMETALL GMBH, 60487 FRANKFURT, DE Effective date: 20130109 Owner name: VOLKSWAGEN AKTIENGESELLSCHAFT, DE Free format text: FORMER OWNER: CHEMETALL GMBH, 60487 FRANKFURT, DE Effective date: 20130109 |
|
| R082 | Change of representative |
Representative=s name: FITZNER PARTGMBB RECHTSANWALT UND PATENTANWAEL, DE Effective date: 20130109 Representative=s name: DRES. FITZNER UND PARTNER RECHTS- UND PATENTAN, DE Effective date: 20130109 |
|
| R082 | Change of representative |
Representative=s name: DRES. FITZNER UND PARTNER RECHTS- UND PATENTAN, DE |
|
| R081 | Change of applicant/patentee |
Owner name: EVONIK LITARION GMBH, DE Free format text: FORMER OWNERS: ROCKWOOD LITHIUM GMBH, 60487 FRANKFURT, DE; VOLKSWAGEN AKTIENGESELLSCHAFT, 38440 WOLFSBURG, DE Effective date: 20130507 Owner name: ROCKWOOD LITHIUM GMBH, DE Free format text: FORMER OWNERS: ROCKWOOD LITHIUM GMBH, 60487 FRANKFURT, DE; VOLKSWAGEN AKTIENGESELLSCHAFT, 38440 WOLFSBURG, DE Effective date: 20130507 Owner name: VOLKSWAGEN AKTIENGESELLSCHAFT, DE Free format text: FORMER OWNERS: ROCKWOOD LITHIUM GMBH, 60487 FRANKFURT, DE; VOLKSWAGEN AKTIENGESELLSCHAFT, 38440 WOLFSBURG, DE Effective date: 20130507 Owner name: EVONIK LITARION GMBH, DE Free format text: FORMER OWNER: ROCKWOOD LITHIUM GMBH, VOLKSWAGEN AKTIENGESELLSCHAFT, , DE Effective date: 20130507 Owner name: ROCKWOOD LITHIUM GMBH, DE Free format text: FORMER OWNER: ROCKWOOD LITHIUM GMBH, VOLKSWAGEN AKTIENGESELLSCHAFT, , DE Effective date: 20130507 Owner name: VOLKSWAGEN AKTIENGESELLSCHAFT, DE Free format text: FORMER OWNER: ROCKWOOD LITHIUM GMBH, VOLKSWAGEN AKTIENGESELLSCHAFT, , DE Effective date: 20130507 |
|
| R082 | Change of representative |
Representative=s name: FITZNER PARTGMBB RECHTSANWALT UND PATENTANWAEL, DE Effective date: 20130507 Representative=s name: DRES. FITZNER UND PARTNER RECHTS- UND PATENTAN, DE Effective date: 20130507 |
|
| R081 | Change of applicant/patentee |
Owner name: VOLKSWAGEN AKTIENGESELLSCHAFT, DE Free format text: FORMER OWNERS: EVONIK LITARION GMBH, 01917 KAMENZ, DE; ROCKWOOD LITHIUM GMBH, 60487 FRANKFURT, DE; VOLKSWAGEN AKTIENGESELLSCHAFT, 38440 WOLFSBURG, DE |
|
| R082 | Change of representative |
Representative=s name: MEISSNER BOLTE PATENTANWAELTE RECHTSANWAELTE P, DE Representative=s name: FITZNER PARTGMBB RECHTSANWALT UND PATENTANWAEL, DE |
|
| R012 | Request for examination validly filed | ||
| R082 | Change of representative |
Representative=s name: MEISSNER BOLTE PATENTANWAELTE RECHTSANWAELTE P, DE |
|
| R016 | Response to examination communication | ||
| R119 | Application deemed withdrawn, or ip right lapsed, due to non-payment of renewal fee |